Odpylacze filtracyjne i elektrostatyczne
Przygotowali :
Tomasz Florek
Jakub Grabowski
Jakub Helman
Spis treści:
Urządzenia odpylające
Odpylania
1.Odpylacze filtracyjne
1.1 Budowa
1.2 Czynniki wpływające na odpylania
1.3 Konstrukcja filtrów tkaninowych
1.4 Inne rodzaje filtrów
1.4.1 filtry ziarniste
1.4.2 filtry włókniste
1.4.3 filtry membranowe
1.5 Materiały filtracyjne
Regeneracja materiałów filtracyjnych
Odpylacze z warstwą filtracyjną z materiałów sypkich
Wady i zalety
Zastosowanie
2.Odpylacze elektrostatyczne ( elektrofiltry )
2.1Budowa i zasada działania
2.2Czynniki wpływające na odpylanie
2.2.1 oporność pyłów
2.2.2 równanie Deutscha
2.3Podział
2.3.1 według różnic budowy
2.3.2 według stanu zanieczyszczeń
2.3.3 według kierunku przepływu gazu
2.3.4 według liczby sekcji
2.3.5 według liczby pól elektrycznych
2.4Zastosowanie
2.5Wady i Zalety
3.Podsumowanie
3.1Porównanie
4.Bibliografia
Urządzenia odpylające
Nazwą „urządzenia odpylające” określany jest cały zespół urządzeń koniecznych do
wydzielania pyłu z zapylonego gazu. Składa się z odpylacza, w którym następuje wydzielanie ziaren pyłu z gazu oraz urządzeń pomocniczych, jak przewodów ssących i tłoczących, wentylatorów lub dmuchaw, silników napędzających, instalacji elektrycznych, pomp przewodów wodnych, zbiorników na pył, urządzeń odprowadzających pył. Zestaw i rodzaj urządzeń pomocniczych zależy od typu odpylacza.
Urządzenia odpylające:
- odpylacze suche,
- odpylacze mokre.
Podział urządzeń odpylających ze względu na zachodzące zjawiska:
- grawitacyjne,
- bezwładnościowe,
- odśrodkowe,
- elektrostatyczne,
- filtracyjne.
Do wydzielania z gazów odlotowych pyłów mają zastosowanie następujące zjawiska
fizyczne: siła bezwładności, siła ciążenia, siła odśrodkowa, siła elektrostatyczna, siła dyfuzji,
kondensacja pary wodnej na ziarnach pyłu
Odpylanie
Proces usuwania zawieszonych w gazach cząstek ciał stałych (pyły dymy) lub kropelek cieczy (pyły wodne mgły). Stosuje się go w celu odzyskania cennych składników bądź usunięcia substancji szkodliwych dla dalszego przebiegu procesów technologicznych i środowiska atmosferycznego
1. Odpylacze filtracyjne
Zasada działania
Odpylacze filtracyjne — ich działanie polega na oddzieleniu pyłu podczas przepływu
zapylonego gazu przez materiały filtracyjne, (warstwy kształtek ceramicznych
i metalowych, tkaniny, włókniny, filce, bibuły). Najbardziej rozpowszechnione są
odpylacze filtracyjne tkaninowe, w których materiałem filtracyjnym są tkaniny lub włókniny naturalne i sztuczne, pozwalające na oddzielenie pyłów o wielkości ziaren rzędu
l mikrometra. Często wymagają one wstępnego odpylenia gazów charakteryzują się grubą warstwą filtracyjną, utworzoną z włókien pojedynczych ułożonych względem siebie w sposób mniej lub bardziej jednorodny w postaci pakietów, mat, kopert bądź ziaren różnego rozmiaru i kształtu
Wytrącanie ziaren pyłu jest wynikiem wielu złożonych zjawisk . Najważniejsze to :
przesiewanie (zaczepianie) - zatrzymywanie się ziaren pyłu na powierzchni tkaniny lub w porach tkaniny filtracyjnej ; ma decydujący wpływ na skuteczność odpylania gdy ziarna pyłów są większe niż pory elementów filtracyjnych
działanie siły bezwładności - uderzanie ziaren pyłu w tkaninę lub w warstwę filtracyjną : gdy ziarna pyłu maleją wpływ tego zjawiska też maleje
zjawisko dyfuzji - przy ziarnach mniejszych niż 0.5μm dyfuzja jest skuteczniejsza niż wskutek działania siły bezwładu , im ziarna są mniejsze tym dyfuzja działa sprawniej
działanie siły grawitacji
wykorzystanie zjawisk elektrostatycznych między pyłem a materiałem filtracyjnym. Stosowanie elementów łatwo elektryzujących się zwiększa efekt filtracji ale utrudnia proces ich regeneracji . Stosowanie takich filtrów nie jest wskazane przy odpylaniu pyłów łatwopalnych , gdyż może to spowodować eksplozję.
Efekt „sita” - zatrzymywanie się ziaren większych niż pory napowierzchni tkaniny filtracyjnej
Ziarna które w wyniku zderzeń i działania siły spójności między nimi a filtrem odkładają się na powierzchni elementów zaczynają wraz z upływem czasu filtracji tworzyć warstwę oddzielonego pyłu wiąże się to z kolaguacją pyłu co jest jednym z etapów każdego procesu odpylania . tworzenie się warstw pyłu na elementach wiąże się z zmianą warunków przepływu gazu i separacji kolejnych docierających wraz z gazem ziaren . zmienia to kształt elementu , zwiększa ich wymiary , zmniejszają się odległości między poszczególnymi elementami czego konsekwencją jest zwiększanie się oporów przepływu gazu w warstwie. W miarę odkładania się kolejnych warstw zanieczyszczeń na powierzchni warstwy filtracyjnej możliwe jest powstanie warstwy wkórej z osadzonego i skolaguowanego pyłu tzw. „placek filtracyjny”
Wskutek tego konieczna jest okresowa wymiana warstwy filtracyjnej i zagospodarowanie jej wraz z pyłem lub okresowe czyszczenie filtru pyłu czyli regeneracja warstwy filtracyjnej. Regeneruje się je wstrząsając je mechanicznie lub przedmuchując powietrzem w kierunku przeciwnym do procesu odpylania. Decydujący wpływ na ich przepuszczalność ma sposób tkania i zwartość tkaniny. Zdolność tkanin do regeneracji zależy od ich powierzchni, a także często od tworzącego się pola elektrostatycznego.
Wynika z tego to że urządzenia filtracyjne pracują cyklicznie czyli są powtarzane cykle odpylania i oczyszczania (regeneracji) przegrody filtracyjnej
Budowa
worki
ruchoma belka
sprężyny
rama oporowa
zawory klapowe
kanał gazu odpylonego
wętylator odciągowy
1.2 Czynniki wpływające na odpylanie
kształt pyłu - pyły o kształtach nieregóralnych, igiełkowatych łatwiej zatrzymują się na powierzchni tkaniny niż te o kształcie kulistym które mogą przebijać tkaninę nie zatrzymując się na jej powierzchni
wymiary pyłów - nie mają dużego wpływu na skuteczność odpylania
wilgotność gazu i higroskopijność tkaniny - ograniczają możliwość wykorzystania filtru tkaninowego i negatywnie wpływa na skuteczność odpylania. Na skutek dużej wilgotności atmosfery i długiego przebywania w takich warunkach wchłania dużo wody i pojawia się problem zatkania filtra. Zjawisko to może zdarzyć się w czasie pracy filtra ale również w czasie przestoju. W przypadku wystąpienia tego zjawiska używa się tkanin wełnianych zamiast bardziej higroskopijnych bawełnianych jeszcze miej wrażliwe na wilgoć są tkaniny syntetyczne.
Właściwości fizykochemiczne pyłów - jest to aktywność pyłów stosunku do tkaniny filtracyjnej, t tkaniny te charakteryzują się ograniczoną odpornościąna związki chemiczne. Przykładowo wełna jest bardziej odporna na kwasy , a bawełna na zasady, trwałość tkanin sztucznych zależy od poszczególnych jej składników
Oporność właściwa pyłów - każdy rodzaj pyłu posiada swoją oporność właściwą, jest ona bardzo ważna w przypadku filtrów elektrostatycznych, mniej w tkaninowych. W trakcie przepływu gazu przez tkaninę filtracyjną na skutek tarcia poszczególne cząsteczki pyłu ładują się. Pyły o dużym oporze właściwym silnie przylegają do tkaniny co prowadzi do kłopotu przy próbie usunięcia ich za pomocą zwykłych metod. Problem ten dotyczy głównie tkanin sztucznych, problem ten można rozwiązać przez dobór odpowiednich tkanin filtracyjnych
Obciążenia i obłożenia tkaniny - obciążenie tkaniny to podstawowy czynnik wpływający na opór przepływu przez warstwę porowatą.
1.3 Konstrukcja filtrów tkaninowych
W zależności od kształtu elementu filtracyjnego oraz konstrukcji filtra możemy podzielić je na :
Odpylacze tkaninowe workowate - elementy filtracyjne w tych odpylaczach Mamają kształt worków umieszczonych w komorze filtracyjnej, dolna ich część jest zamontowana w płycie sitowej oddzielając komorę filtracyjną od leja pyłowego a druga jest zawieszona na ramie ruchomej lub stałej. Zależy to od sposobu regeneracji tkaniny filtracyjnej. Są one wykorzystywane w dwóch odmianach : jako niskociśnieniowe, przeznaczone do filtracji i gazów w zakresie do 5 kPa i wysokociśnieniowym do filtracji gazów powyżej Kpa
Odpylacze tkaninowe płaszczowe - elementy filtracyjne są wykonane w kształcie podwójnych ram umieszczone w komorze filtracyjnej . dolna część ram jest zamocowana w dnie szczelinowym obdzielającym komorę filtracyjną od leja pyłowego, a górna w prowadnicach . odmianą ich są odpylacze taśmowe w których elementem filtracyjny jest tkanina naciągnięta na rolki przesuwając się w sposób ciągły.
Filtry workowe są łatwe w eksploatacji dlatego pomno swojej gorszej konstrukcji są bardziej rozpowszechnione . filtry płaszczyznowe zapewniają lepsze wykorzystanie powierzchni ale też lepszą dokładniejszą regeneracją tkaniny filtracyjnej. Są jednak rzadziej spotykane gdyż ich eksploatacja jest kłopotliwa
Pod względem kształtu komory wyróżnia się filtry prostokątne i kołowe
Filtry prostokątne pracują zwykle w agregatach złożonych z kilkunastu komór , gdzie jedna jest strzepywana a reszta pracuje. Podobnie mogą działać filtry kołowe ale liczba działających komór jest ograniczona (zwykle nie więcej niż 6 sekcji) . filtry prostokątne mają przewagę w budowie konstrukcji . a filtry okrągłe charakteryzują się bardziej zwartą i szczytniejszą konstrukcją co pozwala lepiej uszczelnić komorę. Filtry okrągłe można ponadto wyposażyć w prostsze mechanizm strzepywania
1.4 Inne rodzaje filtrów
Filtry ziarniste - dostępność i niski koszt elementów wypełnienia
oraz możliwość pracy w podwyższonych temp. i cieśn. . .sprawia iż są przedmiotem
zainteresowania przy odpylaniu gazów w procesach zgazowania i upłynniania
węgla, spalania fluidalnego, odsiarczania wysokotemperaturowego i in.
Warstwy filtracyjne ziarniste tworzą ziarna piasku, żwiru i innych materiałów granulowanych, zależnie od warunków odpylania. Regeneracja filtru polega na dynamicznym oddziaływaniu sił na tkaninę lub warstwę filtracyjną w wyniku czego wydzielony pył w dużym stopniu zostaje usunięty.
Filtry włókniste - wykonane są z włókien ceramicznych lub metalowych np. nylonu, teflonu, włókna szklanego. Do tej grupy zalicza się filtry siatkowe i tzw. filtry lepkie zwilżane cienką warstewką
nielotnych olejów. Regeneruje się je odpowiednimi rozpuszczalnikami.
Filtry membranowe - bibułowe wysokiej sprawności i wydajności stosowane w przemyśle atomowym do wydzielania cząstek promieniotwórczych, w biotechnologii do usuwania bakterii, mgieł z powietrza i z technologicznych gazów odlotowych, w klimatyzacji itp. Filtry te są nieregenerowalne.
1.5 Materiały filtracyjne
Początkowo jako tkanin filtracyjnych stosowano włókna naturalne wełnę , bawełnę rzadko jedwab obecnie stosuj się kilkadziesiąt tupot tkanin z włókien syntetycznych. Oprócz włókien stosowanych w filtrowaniu gorących gazów ( pow. 200 st. C) coraz szerzej stosuje się włókna szklane , sylikonowe, uniwersalne, metalowe oraz spieki metali
Dobór właściwego materiału filtracyjnego do danych warunków pracy urządzenia jest możliwy tylko wtedy gdy znamy dokładne parametry tkaniny
Do parametrów tkaniny należą
Wytrzymałość mechaniczna
Chłonność wilgoci i właściwości w stanie wilgotnym
Odporność termiczna
Odporność chemiczna
Cena
W większości filtrów używanych do odpylania gazów stosuje się następujące materiały filtracyjne
Materiały włókniste (tkaniny, włókniny ,filce ,papiery, bibuły, siatki) z włókien naturalnych, chemicznych, szklanych, metalowych, węglowych i ceramicznych
Materiały ziarniste (proszki, granulki, kryształki lub inne rozdrobnione ciała stale) z tworzyw naturalnych i ceramicznych, mas plastycznych oraz metali.
Porowate materiały ceramiczne (spieki)
Porowate materiały syntetyczne (pianki)
Materiał |
Maksimum temperatury pracy [K] |
Odporność na działanie kwasów zasad |
Bawełna Wełna Nylon Orlon Terylen Teflon Włókno szklane Stal nierdzewna |
363 363 383 393 403 503 540 +673 |
niska wysoka wysoka średnia niska wysoka wysoka średnia wysoka wysoka wysoka wysoka średnia średnia |
1.6 Regeneracja materiałów filtracyjnych
W czasie procesu odpylania na tkaninie filtracyjnej osadza się warstwa pyłu. Od sposobu usuwania tej warstwy. W dużej mierze zależy skuteczność odpylacza, opory przepływu i trwałość tkaniny
Rozróżnia się dwa rodzaje regeneracji
regeneracja ciągła, czasie pracy komórki filtracyjnej
regenerację okresową, przy przerwie w pracy
systemy regeneracji tkaniny filtracyjnej można podzielić na:
mechaniczny w którym regeneracja powodowana jest przez siły mesjaniczne (wibracja , strzepywanie)
pneumatyczny w którym siłą oczyszczającą tkaninę jest strumień gazu ciągły lub pulsacyjny, o kierunku przeciwnym niż gaz zapylony
często obie zasady oczyszczania są łączone w celu polepszenia efektywności regeneracji tkaniny.
1.7 Odpylacze z warstwą filtracyjną z materiałów sypkich
Odpylacze te są rozwinięciem pomysłów wykorzystanym w filtrach tkaninowych. Działanie filtrujące złoża jest wywołane takimi zjawiskami jak
dyfuzja
zderzenie
siły grawitacyjne
ruchy Browna ( obserwuje się dla mikroskopijnych, mniejszych niż mikrometr, cząstek zawiesiny bez względu na ich rodzaj. Cząsteczki poruszają się ciągle, a ich ruch nie słabnie. Prędkość ruchu jest większa dla mniejszych cząstek i wyższej temperatury)
ładunki elektrostatyczne
Filtrach ze złożem utworzonym z grubych ziaren ( lub włókien ) skuteczność odpylania zależy głównie od siły inercyjnej , dlatego też przepływ gazu a decydujące znaczenie. Zapylony gaz przechodzi przez warstwę filtracyjną, składającą się najczęściej z ziaren o wymiarach zależących od zastosowania (1.6 do 6 mm). Materiał z którego jest zrobiona warstwa filtracyjna mysi być odporny na ścieranie i działanie związków chemicznych.
Wysokość warstwy filtracyjnej zależy od zakładanych w projekcie zdolności odpylania i wynosi od50 d0 200 mm. Stosuje się tu takie rozwiązania konstrukcyjne , by poszczególne sekcje filtru pracowały okresowo co pozwala na regenerację warstwy filtracyjnej. Regeneracja polega na uruchomieniu wibratora, oczyszczającego warstwę filtracyjną, wytwarzając drgania. Stosuje się również przedmuchiwanie w stronę przeciwną do kierunku strumienia gazu. Oczyszczanie warstwy odbywa się co 15 do 90 min. Wydajność wacha się od 750 do 1700h, zużycie energii elektrycznej wynosi od 0,3 do 0,5 kWh na 1000 m³ gazu. Koszt eksploatacyjny jest podobny do filtrów tkaninowych. Filtry z warstwą sypką mimo dość wysokich kosztów użytkowych są używane gdy:
gazy osiągają temperaturę 120-250°C
pyły lub gazy są agresywnie chemicznie
pyły mają niekorzystny opór właściwy (utrudnione używanie odpylaczy elektrostatycznych)
stosowanie tego typu odpylaczy nie jest praktyczne gdy:
temperatura gazu przekracza 350°C
przekroczony jest punk rosy (temperatura, w której, przy danym składzie gazu lub mieszaniny gazów i ustalonym ciśnieniu, może rozpocząć się proces skraplania gazu lub wybranego składnika mieszaniny gazu.)
pyłów kondensacyjnych
pyłów o dużej spójności
1.8 Wady i zalety odpylaczy filtracyjnych
Główną zaletą filtrów jest możliwość separacji pyłów o dowolnej wielkości ziaren. Możliwe jest też uzyskanie bardzo dużej skuteczności odpylania na poziomie 99,9 % . stężenie pyłu w gazie odpylonym wynosi w przypadku filtrów tkaninowych, włókninowych i ziarnistych wielkości rzędu kilku kilkunastu w mg/m³. a gazy oczyszczone w filtrach bibułowych i papierowych mogą zawierać śladowe ilości pyłu ( liczba ziaren w m³ danego gazu) . uzyskanie takiego efektu wymaga jednak często wstępnego odpylania.
Inne zalety to :
elastyczność pracy - skuteczność oddzielania cząstek nie maleje Wraz z zmianami strumienia gazu ,ale tylko wtedy gdy nie przekroczy wartości dla której zaprojektowano filtr
łatwość wykorzystania pyłu , gdy jest on gotowym produktem półproduktem lub surowcem (np: pył drzewny i węglowy, trociny)
podstawowe ograniczenia stosowania tych filtrów wynika z procesu suchej filtracji w ciągu jego rwania warstwa filtracyjna i pył powinny być suche. wyklucza to gaz zawierający pył wraz z kroplami wody ale też taki w którym znajdują się produkt pół płynne Np. smoły. Zmusza to również do regulowania temperatury w filtrze tak by temperatura nim nie przekroczyła punktu rosy danego gazu i nie spowodowało to kondensacji par. nie dotyczy to filtrów z wymienną warstwą filtracyjną , filtrów ziarnistych pozwalających na jednoczesną separację pyły kropel cieczy, oraz gdy materiał jest aktywny chemicznie. Inne ograniczenie wynika z właściwości chemicznych gazu i pyłu raz z wysoką temperaturą gazu co generuje wysokie koszta iwestcyjne i eksploatacyjne głównie zakupu i wymiany kosztownych materiałów filtracyjnych.
Inne wady to:
duże wymagania powierzchniowe - spowodowane małą gęstością strumienia gazu
spore zapotrzebowanie na energię ( głównie filtry pulsacyjne)
możliwość wtórnej emisji podczas transportu i składowania. W przypadku składowania pył musi być zgranulowany
zagrożenie pożarem i wybuchem - zwłaszcza w czasie regeneracji gdy to stężenie pyłu osiąga granicę stężeń wybuchowych konieczne stosowanie środków ochrony co zwiększa koszty.
1.9 Przykłady zastosowania w przemyśle
przemysł meblowy
przemysł chemiczny
przemysł hutniczy szklarski
przetwarzanie tworzyw sztucznych
przemysł farmaceutyczny
cegielnie
odpylanie elektrowni
2. Odpylacze elektrostatyczne
Odpylacze elektrostatyczne (elektrofiltru) powstały w latach 60 ubiegłego wieku. Obecnie po licznych udoskonaleniach działają na poziomie 50mg/ m³.
Mimo że istnieje wiele odmian i typów konstrukcji elektrofiltrów, proces wydzielania cząstek stałych lub ciekłych z gazu jest jednakowy i można go podzielić na 3 części :
elektryczne ładowanie cząstek
przyciągnięcie naładowanych cząstek z pola elektrycznego i osadzenie ich na elektrodach zbiorczych
odprowadzenie przyciągniętych cząstek do urządzenia odprowadzającego
Przebieg tego zjawiska można opisać następująco:
Zanieczyszczony gaz przelatuje z małą prędkością pomiędzy elektrodami zbiorczymi. Po przyłączeniu napięcia rzędu 30 - 80 kV wydzielają się duże ilości elektronów. Elektrony przyciągane są przez dodatnie elektrody zbiorcze i są przyciągane w ich kierunku. W czasie tego ruchu uderzają w inne neutralne cząstki gazu wytrącając nich nowe elektrony które to wytrącają nowe. Zjawisko to nazywane jest „wyładowaniem koronowym” które zanika w pewnej odległości od elektrody. Nazwa zjawiska pochodzi od świecącej korony powstałej na elektrodzie. Elektrony powstałe w tej strefie ładują cząsteczki z poza strefy ładunkiem ujemnym. Wytworzone ujemne jony przekazują swój ładunek zawartym w gazie pyłom . Naładowany tak pył porusza się na skutek działania pola elektrostatycznego w kierunku dodatniej elektrody zbiorczej i osadza się na niej. Osadzony pył na skutek mechanicznego drgania elektrody opada do zbiornika pyłu
Czynniki wpływające na skuteczność elektrofiltru możemy podzielić na cztery grupy:
parametry oczyszczonego gazu
parametry charakterystyczne pyłu
parametry konstrukcyjne
parametry elektryczne odpylacza
Poprawę skuteczności działania elektrofiltru, mimo dużej prędkości przepływu gazu, można osiągnąć wydłużając czas przepływu w polu elektrostatycznym poprzez zwiększenie pola. Co skutkuje wzrostem kosztów inwestycyjnych.
Innym parametrem wpływającym na skuteczność odpylania jest szybkość osiadania ziaren w polu elektrycznym „w”. Wielkość ta zawiera oprócz prędkości przesuwania się ziaren pyłu ale uwzględnia również inne czynniki, takie jak nierówność pola elektrycznego i pola prędkości gazu , burzliwość strumienia gazu, skład ziarnowy pyłu, skład chemiczny gazu itp.
Zjawiska te można opisać równaniem Deutscha:
η = 1 - exp(- w
* A/W)
gdzie:
A - powierzchnia elektrody zbiorczej [ m
/s]
V - strumień objętości [ m 
/s]
w
- prędkość migracji [m/s]
Prędkość migracyjna stanowi główny parametr projektowy elektrofiltru. Określa się ją jako prędkość końcową naładowanych cząstek pyłu przy elektrodzie zbiorczej, będących pod wpływem pola elektrostatycznego i sił aerodynamicznych. Prędkość migracji zależy od oporności warstwy pyłu przylegających do elektrod, rozkładu wielkości cząstek pyłu, podziałki międzyelektrodowej i sposobu zasilania.
Następnymi czynnikami wpływającymi na skuteczność pracy są stężenie i skład mineralny pyłu. Stężenie pyłu w nielicznych przypadkach może zakłócić pracę filtru. Dopiero przy stężeniu powyżej 50g/m
praca elektrofiltru staje się niespokojna co zmusza do odniżenia napięcia i zmniejszeniu skuteczności. Niebezpieczne są bardzo drobne pyły o dużym stężeniu mogą one prowadzić do dławienia filtru a nawet do zaniku prądu ulotu. Zjawisko to może wystąpić dla pyłów kondensacyjnych już w stężeniu kilku g/m
. by tego uniknąć należy stosować odpylanie wstępne. Ważniejszym czynnikiem jest skład mineralny pyłu a właściwie jego opór właściwy. Utrzymuje si że proces odpylania elektrostatycznego kończy się w momencie osadzenia pyłu na elektrodzie. Lecz z chwilą zetknięcia się pyłu z elektrodą zbiorczą ziarno musi być jednocześnie dostatecznie silnie przylgnięte do elektrody natomiast czasie regeneracji ziarna pyłu powinny łatwo oddzielić się od elektrody i opadać w dół.
Zachowanie ziarna pyłu w momencie zetknięcia z elektrodą zależy od jego oporowości właściwej. Zbyt duża tak jak zbyt mała oporowość ziaren pyłu wpływa niekorzystnie na skuteczność odpylania. Do pyłów o zbyt małej oporowości zalicza się pyły o oporze 10
Ω*cm. Na skutek tego pył posiada dobrą przewodność , ziarno pyłu po zetknięciu z elektrodą oddaje natomiast swój ładunek, ładuje się dodatnio wraca w strumień gazu. Pyły te potrzebują specjalnych elektrod zbiorczych o właściwościach chwytnych (np: kielichowe) ale nawet mimo to skuteczność jest niska. Do tego rodzaju pyłów należy sadza(10
Ω*cm),koksik lotny z spalin kotłowych(10
Ω*cm), oraz pyły metaliczne i węglowe (10
Ω*cm) .
Pyły o oporności właściwej od 10
Ω*cm do 10
Ω*cm nie stwarzają trudności w procesie odpylania. Zakres ten jest najlepszy dla elektrofiltru ,pył jest łatwo przyciągany i łatwo też się go usuwa w czasie regeneracji. Do grupy tej należą pyły z popiołów węgla kamiennego i brunatnego , pył cementowy i klinkierowym i metali , nawozy sztuczne i niektórych metali kolorowych.
Pyły o oporności właściwej powyżej 10
Ω*cm silnie przywierają do elektrody i nie odpadają pod wpływem drgań. Powoduje to powstanie warstwy izolacyjnej, która zakłóca pracę odpylacza.
Spływ ładunków elektrycznych poprzez warstwę pyły następuje przez ziarna i ich powierzchnie. Dlatego wyróżnia się dwa rodzaje oporności właściwej:
oporność wewnętrzną zależną od materiału z którego powstał pył
oporność zewnętrzną zależną od właściwości powierzchni ziaren, ich kształtu i ich stosunków zewnętrznych
oporność zależy również od temperatury i wilgotności odpylanego gazu oraz od substancji aktywizujących pył. Oporność maleje w sposób jednostajny wraz ze wzrostem temperatury, mały wzrost wilgotności pyłu mienia ten przebieg w istotny sposób. Wilgotny pył w niskich temperaturach ma małą oporność ze względu na duże powierzchniowe przewodnictwo prądu, zależne od ilości zaabsorbowanej wody. Przy wzroście temperatury wilgotność maleje ale rośnie opór, w temperaturze 200°C opór osiąga swoje maksimum. A w temperaturze 300°C o oporze decyduje materiał z którego jest zbudowany.
Metodą modyfikacji opory pyły jest polepszenie przewodnictwa powierzchniowego przez pewne substancje, silne kwasy (HCL) dla półw. słabo zasadowych lub silne zasady (NH
) dla słabo zasadowych.
Kondycjonowanie spalin polega na wprowadzeniu do odpylacza substancji polarnych, łatwo absorbujących przez pył . poprzez przyłączenie się molekuł do gazów tworzą się tzw. Klasery o dużej masie cząsteczkowej. W efekcie uzyskuje się zmniejszenie ruchliwości jonów .
Np.
H
O + SO
→ H
SO
+ energia → SO
+ 2H
Powstaje tu podwójnie zjonizowana cząstka SO
o dużej masie cząsteczkowej , czyli o małej ruchliwości. Po przyłączeniu do niej cząstek wody tworzymy (SO
)*( H
O) , w wyniku czego rezultaty odpylania zostaną podwyższone. SO
powoduje również zmniejszenie oporności warstw pyłu. Dodatek 10 ppm SO
powoduje wzrost skuteczności elektrofiltru za piecem kotłowym 95,5 do 99,3%. Trójtlenek siarki w ilości poniżej 50 ppm zostaje w całości zaabsorbowany przez pył i nie powoduje wzrostu emisji siarki do atmosfery. Metoda ta jest prosta i tania polecana szczególnie do pyłów powstałych ze spalania węgla o małej zawartości siarki przy dużej zawartości popiołu.
Trudniejsze jest przekraczanie oporów pyłów, szczególnie sadz i koksiku lotnego. Jedyną metodą jest mieszanie ich pyłami o dużym oporze właściwym, z którym stworzą konglomeraty. Może to też spowodować poprawę odpylania również pyłów o wysokiej oporności właściwej.
Innymi sposobami poprawy stopnia skuteczności odpylania są
wprowadzanie nowoczesnych systemów regulacji napięcia zespołów zasilających i systemów centralnego sterowania pracą elektrofiltrów
impulsowe metody zasilania energią elektryczną
powiększanie elektrofiltrów
zastosowanie wstępnego ładowania
wprowadzenie szerokiej podziałki
wprowadzenie elektrofiltrów mokrych
zastosowanie hybrydowych układów odpychających
Budowa odpylacza elektrostatycznego
Zasadnicze elementy budowy to
zespól elektrod emitujących
zespół elektrod zbiorczych
elektryczny układ zasilający
obudowa wraz z przewodami doprowadzającymi i odprowadzającymi gaz z odpylacza
w zależności od wzajemnego usytuowania elektrod można rozróżnić układy
płaski
współśrodkowy
rurowy
plastrowy
układ płaski może być stosowany przy pionowym i poziomym przepływie gazu przez komorę odpylacza, reszta tuko w pionowych. Elektrofiltry pionowe stosowane są przy małych natężeniach przepływu gazu oraz w elektrofiltrach mokrych, w których gaz jest nawilżany a elektrody zbiorcze obmywa woda. Częściej stosowane są odpylacze suche poziome , z płaskim układem elektrod. W celu podniesienia skuteczności stosuje się podział pola elektrycznego w kierunku przepływu gazu przez komorę na pola o różnej podziałce i gęstości prądu. Każde pole posiada własne zasilanie . w dużych jednostkach, stosuje się podział na sekcje które pracują równolegle i tworzą odrębne ciągi gazowe. Zwiększa to pewność elektrofiltru i pozwala na remont bez wyłanczania całego odpylacza,
elektrody emitujące są jednym z najważniejszych elementów elektrofiltru. Od ich doboru zależy skuteczność i pewność pracy urządzenia. Różne ich typy charakteryzują się innymi natężeniami prądu ulotu a więc gęstością prądu w polu elektrostatycznym dla identycznego napięcia zasilającego. Wynikają z tego różnice ich zastosowania.
Druty o przekroju 1-4 mm są stosowane dla łatwo osypujących się pyłów (np. węgiel z suszarek) oraz w elektrofiltrach mokrych
Prętowe o przekroju bagnetowym są stosowane przy spalinach kotłowych, są wytrzymałe i odporne na zanieczyszczenia
Ostrzowe z drutu kolczastego lub wykonane z płaskowników z kolcami ,charakteryzują się bardzo dużym spływem prądu dlatego są stosowane do pyłów z dużymi oporami i dużym stężeniu zapylonego gazu
W elektrofiltrze oporowym stosuje się dwa lub więcej typów elektrod emitujących. W pierwszym polu urywa się elektrod wytwarzających silne pole elektryczne. Są to elektrody ostrzowe i cienkie druty rozmieszczone w odległości 150 - 200 mm od elektrod zbiorczych. W następnych polach po zmniejszeniu ilości pyłu w gazie instaluje się elektrody o małym spływie prądu ( elektrody bagnetowe iż grubszego drutu) iw mniejszej odległości 100 - 150mm.
Elektrody emitujące powinny być stale wolne od pyłu, ponieważ nawet jego mała ilość zmniejsza skuteczność odpylania. Mechanizm strzepywania powinien następować samoczynnie lub z pomocą specjalnego mechanizmu.
Elektrody zbiorcze są jednymi z najważniejszych części elektrofiltru i od ich konstrukcji i doboru zależy praca urządzenia. To na ich powierzchniach gromadzi się pył, który jest transportowany do zbiornika pyłu, zazwyczaj bez przerw w pracy odpylacza.
Elektrody zbiorcze powinny się charakteryzować:
Durzą powierzchnią zbiorczą (osłoniętą od strumienia gazu) bez ostrych krawędzi które mogą powodować przebicia elektryczne.
Muszą być jednocześnie sztywne i na tyle sprężyste by można efektywnie strząsać nagromadzony pył.
Odpowiednim kształtem który pozwala na strzepywanie bez możliwości ponownego porywania pyłu.
Małym cięrzaren
Prostą budową
Odpornością na temperaturę
Początkowo elektrody zbiorcze występowały w postaci płaskich płyt( obecnie tylko elektrofiltry mokre). Ale okazało się że w odpylaczach suchych efektywniejsze są elektrody profilowane, które zapobiegają wtórnej emisji. Jednym z rozwiązań są elektrody rynnowe, pył osadza się na ich krawędzi pod postacią narośli, przy czym nie traci swojego ładunku. W czasie strząsania pył wpada do ukośnie ustawionych rynien i spada do zbiornika.
Pył musi być ztrząsiętny przed nagromadzeniem warstwy powodującej przebicie. Gdy pył jest drobny lub ma dużą oporowość może on tworzyć grube nawisy pyłowe powstałe w skutek sił elektrostatycznych. Usunięcie pyłu za pomocą drgań jest możliwe tylko wtedy gdy siła drgań jest mocniejsza niż siła przeciągająca pył do elektrody. Drgania wywołują sprężyny lub sposobem udarowym przez zespoły młotków.
Obudowa odpylacza składa się z obudowy komory odpylacza fundamentów i przewodów wlotowych i wylotowych .obudowa elektrofiltru suchego jest wykonana zazwyczaj z blachy, don izolacji służy wełna szklana lub żużlowa co służy do zapobieganiu skraplania wody powodującej korozję (grubość izolacji do 300mm). Od zewnątrz komora pokryta jest warstwą wodoszczelną. Odpylacze pracujące w niskich temperaturach (poniżej 150°C ) ich obudowy wykonane są z żelbetonu co wyklucza późniejsze przeróbki. y uzyskać stały przepływ gazu przez komorę stosuje się łopatki kierunkowe lub układy sit płaskich lub przestrzennych.
Podział elektrofiltrów
Duży zakres używany w wielu gałęziach przemysłu powoduje że podział jest bardzo rozbudowany. Mimo to można ustalić następujące kryteria podziału:
Według zasady działania - elektrofiltry które mogą ładować i wydzielać cząstki w tym samym polu elektrycznym nazywamy elektrofiltrem ze skojarzonymi strefami ładowania ( używane głównie odpylaniu gazów przemysłowych). Natomiast jeśli funkcje te są oddzielone wtedy taki filtr nazywamy elektrofiltrem z rozdzielonymi strefami ładowania i zbierania(używany w klimatyzatorach)
Według stanu zanieczyszczeń - jeżeli gazy są odpylane powyżej punktu rosy to mamy do czynienia z elektrofiltrem suchym a gdy gazy są nasycone to z elektrofiltrem mokrym . W elektrofiltrach mokrych nie występuje zjawisko pylenia wtórnego co czyni je bardziej skutecznymi od elektrofiltrów suchych. Dlatego też często występują one razem w dwustopniowych układach odpylania (pierwszy jest suchy a drugi jest mokry). Ważny też jest stan zanieczyszczeń, często pożądane są odpady suche, więc przy odpylaniu mokrym konieczne jest oddzielenie pyłu za pomocą odpowiedniej gospodarki wodno-szlamowej co podnosi koszty.
Według kierunku przepływu gazu - wyróżniamy elektrofiltry poziome (wydajniejsze i bardziej ruchome) i pionowe (mniejsze wymagania co do powierzchni). Obecnie popularniejsze są elektrofiltry poziome.
Według liczby sekcji - sekcja to cześć komory elektrofiltru przez którą gaz przepływa jednym strumieniem. Znajdują się nim elektrody zbiorcze i ulotowe oraz reszta urządzeń mechanicznych. Buduje się elektrofiltry jednosekcyjne lub wielosekcyjne (najczęściej dwusekcyjne)
Według liczby pól elektrycznych - polem elektrycznym nazywamy zespół elektrod zbiorczych i ulotowych zasilanych niezależnym źródłem energii w obrębie danej sekcji. Elektrofiltry pionowe są zazwyczaj jednopolowe a poziome wielopolowe (najczęściej dwa, trzy)
Wady i zalety
Odpylacze elektrostatyczne są jednymi z najlepszych urządzeń odpylających.
Główne zalety to:
Wysoka skuteczność dochodząca do 99,9%, nawet dla ziaren o średnicy mniejszej niż 1 μm (do 0,01 μm)
Pył może być zarówno mokry jak i suchy
Można je stosować dla gazów o temperaturze do 500°C
Proces odpylania może być wykonany w sposób ciągły
Brak lub niewiele części ruchomych
Opory hydrauliczne najmniejsze wśród reszty odpylaczy (30 -100 N/m
)Małe zapotrzebowanie na moc i w zależności od rodzaju odpylacza i gazu, wynoszące od 0,5 do 0,6 kWh/m
(górna granica odnosi się do odpylaczy mokrych wraz z pompą wodną), co czyni je mało kosztownymi
Główne wady to:
Wysokie koszta wykonania (głównie urządzenia zasilające)
Duża czułość na zmiany strumienia objętości oczyszczonego gazu
Duża czułoś zmiany temperatury i wilgotności
Duża czułość na zmiany charakterystyki pyłu ( oporność właściwa)
Niebezpieczeństwo wybuchu przy pyłach tworzących z powietrzem mieszanki wybuchowe
Wyszukiwarka