Электрофильтры предназначены для высокоэффективной очистки технологических газов и аспирационного воздуха от твердых или жидких частиц, выделяющихся при технологических процессах в различных отраслях промышленности.

Электрические фильтры применяют в энергетике, черной и цветной металлургии, промышленности строительных материалов, химической и нефтехимической промышленности, и многих других отраслях.

Электрофильтры это высоковольтное электротехническое оборудование, в котором используется коронный разряд для зарядки взвешенных в газе частиц и их улавливания в электрическом поле. Для этого электрофильтры питаются от повысительно-вьпрямительных агрегатов с номинальным выпрямленным напряжением 80кВ, 110кВ и 150кВ.

Основные преимущества очистки газов электрофильтрами следующие:

• электрофильтры имеют широкий диапазон производительности - от сотен до миллионов м 3 /ч
• электрофильтры обеспечивают высокую степень очистки газов - до 99,95 %
• электрические фильтры имеют низкое гидравлическое сопротивление - 0,2 кПа
• электрические фильтры могут улавливать твердые и жидкие частицы размером от 0,01 мкм (вирусы, табачный дым) до десятков мкм.

Конструкция электрофильтров

Электрофильтр состоит из системы коронирующих и осадительных электродов расположенных в корпусе, системы встряхивания электродов, системы газораспределения, диффузора на входе, конфузора на выходе.

Как привило электрофильтры конструктивно представляют набор металлических пластин, между которыми натянуты металлические нити. Между нитями и пластинами создаётся разность потенциалов порядка нескольких киловольт, а в промышленных маштабах десятка киловольт. Данная разность потенциалов приводит к образованию сильного электрического поля между нитями и пластинами. При этом на поверхности нитей возникает коронный разряд, что в сочетании с электрическим полем обеспечивает ионный ток от нитей к пластинам. Загрязнённый воздух подаётся в пространство между пластинами, при этом пыль и мелкие частицы загрязнённого воздуха приобретает электрический заряд, под воздействием ионного тока, после чего под действием электрического поля притягивается к пластинам и оседают на них.

Классификация электрофильтров

В зависимости от вида улавливаемых частиц и способа их удаления с электродов, электрофильтры подразделяются на сухие и мокрые . В сухих электрических фильтрах для очистки поверхности электродов от пыли, используются механизмы встряхивания ударно-молоткового типа. Пыль из сборных бункеров выводится в сухом виде или в виде шлама. В мокрых электрофильтрах уловленный продукт с поверхности электродов, смывается жидкостью или стекает самотеком, а из бункеров удаляется в виде жидкости или шлама.

В зависимости от направления движения газа электрические фильтры делятся на горизонтальные и вертикальные .

В зависимости от формы осадительных электродов электрофильтры делят на две группы: трубчатые и пластинчатые. В трубчатых электрофильтрах в качестве осадительных электродов применяют круглые или шестигранные металлические трубы, а корони- рующими электродами служат проволоки, натянутые по оси труб. В пластинчатых электрофильтрах в каче-стве осадительных электродов используется ряд параллельных поверхностей между которыми подвешены коронирующие провода.

Особенность применения электрофильтров

Ни для кого не секрет, что чистота воздуха, которым мы постоянно дышим не соответствует установленным нормам. Эта проблема особенно актуальная для жителей больших городов. Здесь, работают химические заводы, организуются стройки и изобилуют крупные автомагистрали. Эти факторы наполняют воздух частицами вредных веществ, пылью и газами. Спастись от этого в своих квартирах и офисах не получится, ведь воздух в закрытых помещениях еще менее безопасен, чем на улице. К удивлению, концентрация в нем вредных веществ часто может превышать допустимые показатели.

В связи с этим, человечество прибегает к очистителям. Современный рынок предлагает множество моделей фильтров. Все они обеспечивают наши легкие чистым воздухом, но принцип работы у них различается. Сегодня поговорим об электростатическ ом фильтре и особенностях его борьбы с грязной атмосферой.

Электростатическ ий фильтр — это устройство призванное очищать воздух от пыли, запаха и мелких частиц. Его преимущество состоит в том, что он способен притягивать частицы размером 0,01 мкм. Плазменный ионизатор, как его еще именуют, поглощает такие загрязнения, как дым и даже копоть. Применяют данные очистители в промышленности, как наиболее эффективный способ сокращения выбросов, и в жилых домах, как оптимальный вариант фильтрации воздуха.

Принцип работы электростатическ ого фильтра

Очиститель воздуха работает за счет специальных пластин и металлических соединений. Между соединениями и пластинами возникает разница потенциалов, что приводит к созданию вокруг них электрического поля. Одновременно с этим, концы соединений образуют коронный разряд. Всё это обеспечивает движение ионного тока от соединений к пластинам. Загрязненный воздух отчищается следующим образом: пыль подается в фильтр, ионизируется и тянется к пластинам, оседая там.

Впервые, идея очистки воздуха за счет электростатики была представлена в 1824 году. В 1907 году мир увидел первый вариант готового устройства, его представил американский исследователь Фредерик Коттрелл. Суть его устройства состояла в электростатическ ом поле. Оно пропускало газ с мелкими примесями через разно-заряженные потенциалы. Ионы с частицами пыли притягивались, а одноименные отталкивались. Данный принцип действия получил признание и используется по сей день в современных очистительные фильтрах.

Легко догадаться, что со временем в фильтре накапливается очень много пыли и его необходимо менять. В домашнем варианте очистителя это делается вручную, в промышленном — автоматически.

Область применения электростатических фильтров

Диапазон использования данных очистителей достаточно широк. Как мы уже говорили, электростатическ ие фильтры применяются как на уровне жилого фонда, так и на больших промышленных предприятиях. На последних остановимся по подробнее, рассмотрев конкретные области применения.

Угольные котлы. Важнейшей задачей электростатическ их фильтров является очистка выбрасываемых газов на станциях сжигающих уголь. Здесь присутствует большое количество золы и летучих газов. Соблюдая экологические требования, такие предприятия вынуждены устанавливать устройство очистки.

Мазутосжигающие котлы. Очистка таких выбросов легче, чем в сжигании угля, но она имеет свои особенности. С такой фильтрацией хорошо справляется электростатика.

Мусоросжигающие заводы. На сегодняшний день, этот способ утилизации твердых отходов считается наиболее приемлемым. Но и здесь есть сложность. При сжигании в атмосферу улетучиваются вредные вещества и загрязняют воздух. Решение этой задачи заключается в установлении электростатических фильтров.

Котлы химического восстановления. Здесь электростатические фильтры выполняют сразу две задачи. Первая — это барьер для проникновения вредных веществ в атмосферу. А вторая, заключается в улавливании ценных элементов и возвращении их в процесс.

Обжиг известняка. Воздух после такого производства, эффективно отчищается от газа и пыли, и только потом выбрасывается в атмосферу.

Сжигание биомассы. На многих производствах сжигания биомассы ужесточили требования по показателям вредных выбросов. В связи с этим, на них также устанавливаются электростатические очистители.

Черная металлургия. Сухие электростатические фильтры отлично справляются с очищением вредных отбросов от подготовки руды и последующей работы с ней.

Цветная металлургия. Отчистка отходящих газов в цветной металлургии — задача не простая, но с ней не плохо справляется электростатика.

Цементная промышленность. Электростатические фильтры используются на цементных печах, мельницах и холодильниках клинкера.

Электростатические фильтры достоинства и недостатки

К достоинствам данных очистителей можно отнести легкость в обслуживании и достаточно высокую эффективность. Так, опытным путем выяснено, что электростатикой очищается 60% воздуха, а это, по сравнению с другими видами очистителей, высокий показатель. Как мы уже говорили электростатический фильтр можно применять к разного рода производствам, то есть область применения его широка и это тоже преимущество.

Но, несмотря на все достоинства электростатический фильтр имеет и недостатки. Главное, что следует отметить, это его способность генерировать озон. В небольших количествах он не опасен и даже дарит приятный запах дождя. Но,когда этот газ накапливается он может вызывать головную боль и даже астму.

Обычно, человек чувствует превышения озона в воздухе, но со временем он привыкает к его присутствию и перестает замечать. Снизив действие фильтра, а значит уменьшив его производительность, разработчики могут добиться сокращения генерации озона. Наличия у устройства сертификата соответствия Ростеста говорит о том, что его деятельность не вызывает негативных последствий. Ну а если ваш фильтр поврежден, то его эксплуатацию стоит прекратить, ведь в этом случае он может генерировать недопустимое количество озона.

Ни смотря на то, что электростатический фильтр имеет некоторые недостатки, он признан перспективным способом очистки, который имеет широкий спектр действия. В связи с этим, технология его производства постоянно совершенствуется, подстраиваясь к высоким современным требованиям очистки.

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.

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. Ф.М. ДОСТОЕВСКОГО

КАФЕДРА ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

Реферат по охране природы на тему «Электрофильтры»

Выполнил: студент группы хх‑601(эх)

Левин Д.К.

Проверил: профессор

Адеева Л.Н.

кафедра НХ

Омск – 2010

Введение

Промышленное производство и другие виды хозяйственной деятельности людей сопровождаются выделением в воздух помещений и в атмосферный воздух различных веществ, загрязняющих воздушную среду. В воздух поступают аэрозольные частицы (пыль, дым, туман), газы, пары, а также микроорганизмы и радиоактивные вещества.

На современном этапе для большинства промышленных предприятий очистка вентиляционных выбросов от вредных веществ является одним из основных мероприятий по защите воздушного бассейна. Благодаря очистке выбросов перед их поступлением в атмосферу предотвращается загрязнение атмосферного воздуха.

Очистка воздуха имеет важнейшее санитарно-гигиеническое, экологическое и экономическое значение.

Этап пылеочистки занимает промежуточное место в комплексе «охрана труда - охрана окружающей среды». В принципе пылеулавливание при правильной организации решает проблему обеспечения нормативов предельно допустимых концентраций (ПДК) в воздухе рабочей зоны. Однако все вредности через систему пылеулавливания при отсутствии системы пылеочистки выбрасываются в атмосферу, загрязняя ее. Поэтому этап пылеочистки следует считать неотъемлемой частью системы борьбы с пылью промышленного предприятия.

Очистка газов – выделение из газовой смеси при выбросе её в атмосферу различных примесей с целью сохранения нормальных санитарных условий в прилегающих к промышленным объектам районах, подготовки газов к использованию в качестве химического сырья или топлива, а самих примесей – как ценных продуктов. Газоочистку принято подразделять на очистку от взвешенных частиц – пыли, тумана, и от парообразных и газообразных примесей, нежелательных при использовании газов или при выбросе их в атмосферу .

Промышленные методы очистки газов можно свести к трём группам:

1) с помощью твёрдых поглотителей или катализаторов – «сухие методы» очистки;

2) с помощью жидких поглотителей (абсорбентов) – жидкостная очистка;

3) очистка без применения поглотителей и катализаторов.

К первой группе относятся методы, основанные на адсорбции, химического взаимодействии с твёрдыми поглотителями и на каталитическом превращении примесей в безвредные или легко удаляемые соединения. Сухие методы очистки обычно проводят с неподвижным слоем сорбента, поглотителя или катализатора, который периодически должен подвергаться регенерации или замене. В последнее время такие процессы осуществляются также в «кипящем» или движущемся слое, что позволяет непрерывно обновлять очищающие материалы. Жидкостные способы основаны на абсорбции извлекаемого компонента жидким сорбентом (растворителем). Третья группа методов очистки основана на конденсации примесей и на диффузионных процессах (термодиффузия, разделение через пористую перегородку).

Содержащиеся в промышленных газах частицы чрезвычайно разнообразны по своему составу, агрегатному состоянию, а также дисперсности. Очистка газов от взвешенных частиц (аэрозолей) достигается механическими и электрическими средствами. Механическую очистку газов производят: воздействием центробежной силы, фильтрацией сквозь пористые материалы, промывкой водой или же другой жидкостью; иногда для освобождения от крупных частиц используют их силу тяжести. Механическую очистку газов обычно проводят методами сухой газоочистки (аппарат циклон), фильтрации и мокрой газоочистки. Электрическая очистка газов применяется для улавливания высокодисперсных частиц пыли или туманов и обеспечивает, при известных условиях, высокий коэффициент очистки.

В своем докладе я опишу принципы электрической очистки газов, действия электрофильтров, их виды, возможности комбинированного использования для очистки газов, а так же достоинства и недостатки их применения.

1. Принцип действия электрофильтров

В электрофильтре очистка газов от твердых и жидких частиц происходит под действием электрических сил. Частицам сообщается электрический заряд, и они под действием электрического поля осаждаются из газового потока.

Общий вид электрофильтра приведен на рис. 1.

Рис. 1. Электрофильтр: 1 – осадительный электрод; 2 - коронирующий электрод; 3 – рама; 4 – высоковольтный изолятор; 5 – встряхивающее устройство; 6 – верхняя камера; 7 – сборник пыли.

Процесс обеспыливания в электрофильтре состоит из следующих стадий: пылевые частицы, проходя с потоком газа электрическое поле, получают заряд; заряженные частицы перемещаются к электродам с противоположным знаком; осаждаются на этих электродах; удаляется пыль, осевшая на электродах.

Зарядка частиц - первый основной шаг процесса электростатического осаждения. Большинство частиц, с которыми приходится иметь дело при промышленной газоочистке, сами по себе несут некоторый заряд, приобретенный в процессе их образования, однако эти заряды слишком малы, чтобы обеспечить эффективное осаждение. На практике зарядка частиц достигается пропусканием частиц через корону постоянного тока между электродами электрофильтра. Можно использовать и положительную и отрицательную корону, но для промышленной газоочистки предпочтительнее отрицательная корона из-за большей стабильности и возможности применения больших рабочих значений напряжения и тока, но при очистке воздуха используют только положительную корону, так как она дает меньше озона.

Основными элементами электрофильтра являются коронирующий и осадительный электроды. Первый электрод в простейшем виде представляет собой проволоку, натянутую в трубке или между пластинами, второй - представляет собой поверхность трубки или пластины, окружающей коронирующий электрод (рис. 2).

На коронирующие электроды подается постоянный ток высокого напряжения 30…60 кВ. Коронирующий электрод обычно имеет отрицательную полярность, осадительный электрод заземлен. Это объясняется тем, что корона при такой полярности более устойчива, подвижность отрицательных ионов выше, чем положительных. Последнее обстоятельство связано с ускорением зарядки пылевых частиц.

После распределительных устройств обрабатываемые газы попадают в проходы, образованные коронирующими и осадительными электродами, называемые межэлектродными промежутками. Сходящие с поверхности коронируюших электродов электроны разгоняются в электрическом поле высокой напряженности и приобретают энергию, достаточную для ионизации молекул газа. Сталкивающиеся с электронами молекулы газов ионизируются и начинают ускоренно двигаться в направлении электродов противоположного заряда, при соударении с которыми выбивают новые порции электронов. В результате между электродами появляется электрический ток, а при некоторой величине напряжения образуется коронный разряд, интенсифицирующий процесс ионизации газов. Взвешенные частицы, перемещаясь в зоне ионизации и сорбируя на своей поверхности ионы, приобретают в конечном итоге положительный или отрицательный заряд и начинают под влиянием электрических сил двигаться к электроду противоположного знака. Частицы сильно заряжаются на первых 100…200 мм пути и смещаются к заземленным осадительным электродам под воздействием интенсивного поля короны. Процесс в целом протекает очень быстро, на полное осаждение частиц требуется всего несколько секунд. По мере накопления частиц на электродах их стряхивают или смывают.

Рис. 2. Конструктивная схема электродов: а - электрофильтр с трубчатыми электродами; б - электрофильтр с пластинчатыми электродами; 1 - коронирующие электроды; 2 - осадительные электроды.

Коронный разряд характерен для неоднородных электрических полей. Для их создания в электрофильтрах применяют системы электродов типа точка (острие) - плоскость, линия (острая кромка, тонкая проволока) - плоскость или цилиндр. В поле короны электрофильтра реализуются два различных механизма зарядки частиц. Наиболее важна зарядка ионами, которые движутся к частицам под действием внешнего электрического поля. Вторичный процесс зарядки обусловлен диффузией ионов, скорость которой зависит от энергии теплового движения ионов, но не от электрического поля. Зарядка в поле преобладает для частиц диаметром более 0,5 мкм, а диффузионная - для частиц мельче 0,2 мкм; в промежуточном диапазоне (0,2…0,5 мкм) важны оба механизма.

2. Конструкции и виды электрофильтров

Аппараты для очистки газов этим методом называют электрофильтрами. Основными элементами электрофильтров являются: газоплотный корпус с размещенными в нем коронирующими электродами, к которым подводится выпрямленный ток высокого напряжения, и осадительными заземленными электродами, изоляторы электродов, устройства для равномерного распределения потока по сечению электрофильтра, бункера для сбора уловленных частиц, системы регенерации электродов и электропитания.

Конструктивно электрофильтры могут быть с корпусом прямоугольной или цилиндрической формы. Внутри корпусов смонтированы осадительные и коронирующие электроды, а также механизмы встряхивания электродов, изоляторные узлы, газораспределительные устройства.

Часть электрофильтра, в которой размещены электроды, называют активной зоной (реже - активным объемом). В зависимости от числа активных зон известны электрофильтры однозонные и двухзонные. В однозонных электрофильтрах коронирующие и осадительные электроды в пространственном отношении, конструктивно не разделены, В двухзонных электрофильтрах имеется четкое разделение. Для санитарной очистки запыленных выбросов используют однозонные конструкции с размещением коронирующих и осадительных электродов в одном рабочем объеме. Двухзонные электрофильтры с раздельными зонами для ионизации и осаждения взвешенных частиц применяют в основном при очистке приточного воздуха. Связано это с тем, что в ионизационной зоне происходит выделение озона, поступление которого не допускается в воздух, подаваемый в помещения.

В группу аппаратов электрического очистки входят электростатические осадители разного типа, которые традиционно называют электрофильтрами. По конструкции электрофильтры значительно отличаются от электрических п пылеуловителей, применяемых для очистки воздуха и газов, которые улавливают высокодисперсный пыль в значительных концентрациях.

В промышленности широко используют несколько типовых конструкций сухих и мокрых электрофильтров для очистки воздуха от технологических выбросов пыли

На рис 311 и 312 приведены основные виды сухих электрических фильтров

Рис 311. Принципиальная схема сухого двухзональный электрического фильтра : 1 - зона ионизации воздуха, 2 - источник питания 3 - помещу-вальна зона

Рис 312. Схема современного электрофильтра"Пеципитрон" : 1 - решетка для выравнивания потока воздуха 2 - ионизатор 3 - пластины, на которых оседают частицы пыли, 4 - источник высокого напряжения, 5 - подключение к электросети; 6 - подведение электротока напряжением 6 кВ до трубок ионизатора, 7 - подведена шина, 8 - элемент, на котором оседают частицы (общий вид

Опишем принцип работы двухзональный электрического фильтра. Поток очищаемого воздуха сначала проходит через ионизационную зону 1, имеет вид решетки из металлических пластинок с натянутыми между ними сентября ртикальнимы коронирующих электродов из тонкой проволоки. К коронирующих электродам подводится напряжение 13-15 кВ положительного полюса специального питательного электрического агрегата 2, выпрямляет переменный элек рострум и повышает его напряжение. В ионизационной зоне частицы пыли заряжаются. Далее воздух проходит через осадительной зону 3, имеет вид пакета металлических пластинок, установленных параллельно друг к другу на расстоянии от 8 до 12 мм. До пластин через одну подводится напряжение 6,5-7,5 кВ положительного заряда. Пыль осаждается на промежуточных заземленных пластинастинах.

При подаче напряжения на фильтр вокруг коронирующих электродов образуется неоднородное электрическое поле, в результате чего возникает электрический разряд. Электроны, не получили от электрического поля к остатня количества энергии, возвращаются на прежний уровень энергии, отдавая аккумулированную энергию в виде ультрафиолетовых лучей. Вследствие этого коронный разряд вызывает легкое свечение электро родеів.

В металлургической и машиностроительной промышленностях широко используются сухие горизонтальные двухсекционные электрофильтры для очистки воздуха от мелкодисперсной пыли (рис 313)

Сухие электрофильтры типа. УГМ (унифицированные горизонтальные малогабаритные) рекомендуют для тонкой очистки воздуха от пыли различной дисперсности

Мокрые электрофильтры применяют для очистки воздуха от пыли большой дисперсности, частиц смол и др.. На рис 314 изображена конструктивная схема мокрого электрофильтра типа. С. В корпусе 3 установлены и коронирующих и осадительных электродов 2, к которым подводят запыленный воздух через распределительные решетки 1. В верхней части фильтра установлены смоловловлювальни зонты 4. Уловленная на электродах смола сти кает в бункер и через гидро-затвор выводится из аппарата. При загущении смолы аппарат розигриваютрівають.

Эффективность очистки воздуха от пыли электрофильтрах можно определить по формуле. Дейча

где. Рп - удельная поверхность осадительных электродов, равная отношению поверхности осадительных элементов к расходу очищаемого воздуха в м2с/м3;. Соэ - скорость потока воздуха че-

Рис 313. Схема сухого горизонтального электрофильтра : 1 - воздухораспределительные решетка, 2 - электроды, 3 - бункер, 4 - механизм отряхивания

рез электрофильтр. Из формулы (35) следует, что эффективность очистки воздуха в электрофильтрах возрастает с увеличением значения показателя степени соэ ^:

"ОЛР 3,0. ЗД 3,9 4,6

Е 0,95 0,975 0,98 0,99

На эффективность электрофильтров также влияют конструкция ионизаторов, разрядных и осадительных электродов

Конструкция разрядных и осадительных электродов может быть разной. На рис 315 и 316 изображены конструкции различных типов разрядных и осадительных электродов

На эффективность этих электрофильтров негативно влияют следующие факторы:

Возникновение искровых зарядов при опылении осадительных электродов увлажненным пылью, которые могут вызывать электрические пробои и взрыв воздушно-пылевой смеси;

Сметания воздушным потоком с осадительных электродов осевшей пыли;

Рис 314. Схема мокрого электрофильтра типа. С

Обрыв тонких электродов, их вибрация;

Электрические пробои, возникающие вследствие попадания в осадительной зону волокон и крупных частиц пыли и вызывают ямкоподибни воронки осевшей пыли, который выносится воздушным потоком. Движение крупных х вырванных агломератов в мижелектричному пространстве может вызвать дальнейшие пробое. Кроме этого, пробои сопровождаются кратковременным значительным увеличением электрического токму.

Для предотвращения искровым разрядам и пробой регламентирующих величину электронапряжения, подаваемого на осадительных электродов, которая не должна превышать 6,6-7,5 кВ. Для предотвращения сметания и разрывам в осевшей пыли на осадительных электродах рекомендуемая скорость пылевоздушной потока - 2 м /с.

Чтобы частицы пыли успели осесть на заземленном электроде при их движении в осадительной зоне со скоростью воздушного потока в случае их входа в промежуток между пластинами фильтра, длина ихньог го пути должно быть не более

где. Ь - расстояние между помещу тельном пластинками; сол - скорость движения воздушного потока, м / с; ос - скорость сепарации пыли, м / с

При температуре 20 °. С скорость сепарации определяют по формуле

где и - напряжение поля в ионизаторе;. Ь - коэффициент, зависящий от диэлектрической постоянной величины частицы г - постоянная ве-

Рис 315. Конструкции основных типов разрядных электродов

Рис 316. Конструкции основных типов осадительных электродов

величина, зависящая от диэлектрических свойств частицы пыли и ос - электронапряжения на заряженных осадительных элементах; й - диаметр частиц пыли

С формул (36) и (37) видно, что для уменьшения длины осадительных пластинок, а значит, глубины габаритных размеров фильтра в 4 раза без снижения эффективности, межэлектродный пространство необходимо убыв шить в 2 раза. Рекомендуемое расстояние между электродами 8-12 м мм.