Odpylacz elektrostatyczny
Filtr elektrostatyczny ( ESP ) to bezfiltrowe urządzenie, które usuwa drobne cząstki, takie jak kurz i dym, z przepływającego gazu za pomocą siły indukowanego ładunku elektrostatycznego, minimalnie utrudniając przepływ gazów przez urządzenie.
W przeciwieństwie do skruberów mokrych , które doprowadzają energię bezpośrednio do przepływającego płynnego medium, ESP dostarcza energię tylko do zbieranych cząstek stałych i dlatego jest bardzo wydajny w zużyciu energii (w postaci energii elektrycznej). [ potrzebne źródło ]
Wynalezienie elektrofiltra
po raz pierwszy zastosował wyładowanie koronowe do usuwania cząstek z aerozolu w 1824 r. Jednak zostało ono skomercjalizowane dopiero prawie sto lat później.
W 1907 roku Frederick Gardner Cottrell , profesor chemii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley , złożył wniosek o patent na urządzenie do ładowania cząstek, a następnie zbierania ich poprzez przyciąganie elektrostatyczne — pierwszy elektrofiltr. Cottrell po raz pierwszy zastosował urządzenie do zbierania kwasu siarkowego i oparów tlenku ołowiu emitowanych podczas różnych czynności związanych z wytwarzaniem kwasu i wytapianiem . Emisje ołowiu negatywnie wpłynęły na winnice produkujące wino w północnej Kalifornii. [ potrzebne źródło ]
W czasie wynalezienia Cottrella teoretyczne podstawy działania nie były znane. Teoria operacyjna została rozwinięta później w Niemczech, wraz z pracą Waltera Deutscha i utworzeniem firmy Lurgi.
Dochody ze swojego wynalazku Cottrell wykorzystał do sfinansowania badań naukowych poprzez utworzenie w 1912 roku fundacji o nazwie Research Corporation , której przekazał patenty. Intencją organizacji było wprowadzenie wynalazków dokonanych przez pedagogów (takich jak Cottrell) do świata komercyjnego z korzyścią dla ogółu społeczeństwa. Działalność Research Corporation jest finansowana z opłat licencyjnych płaconych przez firmy komercyjne po komercjalizacji. Korporacja Badawcza zapewniła niezbędne fundusze wielu projektom naukowym, między innymi eksperymentom rakietowym Goddarda , cyklotronowi Lawrence'a , metodom produkcji witamin A i B 1 .
Research Corporation wyznaczyła terytoria dla producentów tej technologii, w tym Western Precipitation (Los Angeles), Lodge-Cottrell (Anglia), Lurgi Apparatebau-Gesellschaft (Niemcy) i Japanese Cottrell Corp. (Japonia) i była izbą rozliczeniową dla każdego procesu ulepszenia. Jednak obawy antymonopolowe zmusiły Research Corporation do zniesienia ograniczeń terytorialnych w 1946 roku.
Elektroforeza to termin używany do określenia migracji naładowanych cząstek zawieszonych w gazie w polu elektrostatycznym prądu stałego . Tradycyjne telewizory CRT mają tendencję do gromadzenia się kurzu na ekranie z powodu tego zjawiska (CRT to maszyna prądu stałego działająca pod napięciem około 15 kilowoltów).
Odpylacz płytowy i prętowy
Najbardziej podstawowy filtr zawiera rząd cienkich pionowych drutów, po których następuje stos dużych płaskich metalowych płyt ustawionych pionowo, przy czym płyty są zwykle oddalone od siebie o około 1 cm do 18 cm, w zależności od zastosowania. Strumień powietrza przepływa poziomo przez przestrzenie między drutami, a następnie przechodzi przez stos płyt.
Pomiędzy drutem a płytą przykłada się ujemne napięcie kilku tysięcy woltów . Jeśli przyłożone napięcie jest wystarczająco wysokie, elektryczne wyładowanie koronowe jonizuje powietrze wokół elektrod, które następnie jonizuje cząsteczki w strumieniu powietrza.
Zjonizowane cząstki pod wpływem siły elektrostatycznej są kierowane w kierunku uziemionych płytek. Cząsteczki gromadzą się na płytach zbiorczych i są usuwane ze strumienia powietrza.
Dwustopniowa konstrukcja (oddzielna sekcja ładowania przed sekcją zbierania) ma tę zaletę, że minimalizuje produkcję ozonu, który miałby negatywny wpływ na zdrowie personelu pracującego w zamkniętych przestrzeniach. W maszynowniach na statkach , w których skrzynie biegów wytwarzają mgłę olejową , stosuje się dwustopniowe ESP do oczyszczania powietrza, poprawy środowiska pracy i zapobiegania gromadzeniu się łatwopalnej mgły olejowej. Zebrany olej zawracany jest do układu smarowania przekładni. [ potrzebne źródło ]
Wydajność zbierania ( R )
Wydajność odpylacza jest bardzo wrażliwa na dwie właściwości cząstek stałych: 1) oporność elektryczna; oraz 2) rozkład wielkości cząstek . Te właściwości można zmierzyć ekonomicznie i dokładnie w laboratorium, stosując standardowe testy. Rezystywność można określić w funkcji temperatury zgodnie z normą IEEE 548. Ten test przeprowadza się w środowisku powietrza o określonym stężeniu wilgoci. Test jest uruchamiany jako funkcja rosnącej lub malejącej temperatury lub obu. Dane pozyskiwane są przy średniej warstwie popiołu [ wymagane dalsze wyjaśnienia ] pola elektrycznego o natężeniu 4 kV/cm. Ponieważ stosowane jest stosunkowo niskie napięcie, aw środowisku testowym nie występują opary kwasu siarkowego, otrzymane wartości wskazują maksymalną rezystywność popiołu.
W elektrofiltrze, w którym ładowanie i rozładowywanie cząstek są kluczowymi funkcjami, rezystywność jest ważnym czynnikiem, który znacząco wpływa na wydajność zbierania. Chociaż rezystywność jest ważnym zjawiskiem w obszarze międzyelektrodowym, w którym odbywa się większość ładowania cząstek, ma ona szczególnie ważny wpływ na warstwę pyłu na elektrodzie zbiorczej, w której następuje wyładowanie. Cząsteczki, które wykazują wysoką rezystywność są trudne do naładowania. Ale po naładowaniu nie oddają łatwo nabytego ładunku po przybyciu do elektrody zbiorczej. Z drugiej strony cząstki o niskiej rezystywności łatwo się ładują i łatwo oddają swój ładunek do uziemionej płytki zbiorczej. Obie skrajności rezystywności utrudniają wydajne działanie elektrofiltrów. ESP działają najlepiej w normalnych warunkach rezystywności.
Rezystywność, która jest cechą charakterystyczną cząstek w polu elektrycznym, jest miarą odporności cząstki na przenoszenie ładunku (zarówno przyjmowanie, jak i oddawanie ładunków). Rezystywność jest funkcją składu chemicznego cząstki oraz warunków pracy spalin, takich jak temperatura i wilgotność. Cząsteczki mogą mieć wysoką, średnią (normalną) lub niską rezystywność.
Rezystywność masowa jest definiowana przy użyciu bardziej ogólnej wersji prawa Ohma, zgodnie z równaniem ( 1 ) poniżej:
-
()
Gdzie: E to natężenie pola elektrycznego. Jednostka:-(V/cm); j oznacza gęstość prądu. Jednostka:-(A/cm2 ) ; a ρ to rezystywność. Jednostka:-(Ohm-cm)
Lepszym sposobem zobrazowania tego byłoby obliczenie rezystywności jako funkcji przyłożonego napięcia i prądu, jak podano w równaniu ( 2 ) poniżej:
-
()
Gdzie: ρ = Rezystywność. Jednostka:-(Ohm-cm) V = Przyłożony potencjał DC.Jednostka:-(wolty); I = Zmierzony prąd. Jednostka:-(ampery); l = Grubość warstwy popiołu. Jednostka:-(cm); i A = powierzchnia czołowa elektrody do pomiaru prądu. Jednostka: -(cm2 ) .
Rezystywność to opór elektryczny próbki pyłu o powierzchni przekroju poprzecznego 1,0 cm2 i grubości 1,0 cm, podawany w jednostkach om-cm . Metoda pomiaru rezystywności zostanie opisana w tym artykule. Poniższa tabela podaje zakresy wartości dla niskiej, normalnej i wysokiej rezystywności.
| Oporność | Zakres pomiaru |
|---|---|
| Niski | między 10 4 a 10 7 om-cm |
| Normalna | między 10 7 a 2 × 10 10 om-cm |
| Wysoki | powyżej 2 × 10 10 om-cm |
Odporność na warstwę pyłu
Rezystancja wpływa na warunki elektryczne w warstwie pyłu poprzez potencjalne pole elektryczne (spadek napięcia) powstające w poprzek warstwy, gdy ujemnie naładowane cząstki docierają do jej powierzchni i przepuszczają swój ładunek elektryczny do płytki zbiorczej. Na metalowej powierzchni uziemionej elektrycznie płytki zbiorczej napięcie wynosi zero, natomiast na zewnętrznej powierzchni warstwy pyłu, gdzie docierają nowe cząstki i jony, napięcie elektrostatyczne wywołane przez jony gazu może być dość wysokie. Siła tego pola elektrycznego zależy od rezystancji i grubości warstwy pyłu.
W warstwach pyłu o wysokiej rezystancji pył nie jest wystarczająco przewodzący, więc ładunki elektryczne mają trudności z przemieszczaniem się przez warstwę pyłu. W rezultacie ładunki elektryczne gromadzą się na i pod powierzchnią warstwy pyłu, tworząc silne pole elektryczne.
Napięcia mogą przekraczać 10 000 woltów. Cząsteczki pyłu o wysokim oporze są zbyt mocno przytrzymywane do płyty, co utrudnia ich usuwanie i powoduje problemy z uwięzieniem.
W warstwach pyłu o niskiej rezystancji prąd koronowy jest łatwo przekazywany do uziemionej elektrody zbiorczej. Dlatego w warstwie pyłu utrzymuje się stosunkowo słabe pole elektryczne o napięciu kilku tysięcy woltów. Zebrane cząsteczki kurzu o niskim oporze nie przylegają wystarczająco mocno do płytki zbiorczej. Są one łatwo usuwane i zatrzymywane w strumieniu gazu.
Przewodność elektryczna warstwy objętościowej cząstek zależy zarówno od czynników powierzchniowych, jak i objętościowych. Przewodnictwo objętościowe, czyli ruchy ładunków elektrycznych przez wnętrza cząstek, zależy głównie od składu i temperatury cząstek. W obszarach o wyższej temperaturze, powyżej 500 ° F (260 ° C), przewodnictwo objętościowe kontroluje mechanizm przewodzenia. Przewodnictwo objętościowe obejmuje również czynniki pomocnicze, takie jak kompresja warstwy cząstek, rozmiar i kształt cząstek oraz właściwości powierzchni.
Przewodnictwo objętościowe jest przedstawione na rysunkach jako linia prosta w temperaturach powyżej 500 ° F (260 ° C). W temperaturach poniżej około 450 ° F (230 ° C) ładunki elektryczne zaczynają przepływać przez wilgoć powierzchniową i warstwy chemiczne zaadsorbowane na cząsteczkach. Przewodnictwo powierzchniowe zaczyna obniżać wartości rezystywności i wyginać krzywą w dół w temperaturach poniżej 500 ° F (260 ° C).
Folie te zazwyczaj różnią się zarówno fizycznie, jak i chemicznie od wnętrza cząstek dzięki zjawiskom adsorpcji. Teoretyczne obliczenia wskazują, że warstwy wilgoci o grubości zaledwie kilku cząsteczek są wystarczające do zapewnienia pożądanej przewodności powierzchniowej. Przewodnictwo powierzchniowe na cząstkach jest ściśle związane z prądami upływowymi powierzchniowymi występującymi na izolatorach elektrycznych, które zostały dokładnie zbadane. Ciekawym praktycznym zastosowaniem wycieku powierzchniowego jest wyznaczanie punktu rosy poprzez pomiar prądu między sąsiednimi elektrodami zamontowanymi na szklanej powierzchni. Gwałtowny wzrost prądu sygnalizuje tworzenie się warstwy wilgoci na szkle. Metodę tę skutecznie wykorzystano do określenia wyraźnego wzrostu punktu rosy, który następuje po dodaniu do atmosfery niewielkich ilości oparów kwasu siarkowego (na rynku dostępne są komercyjne mierniki punktu rosy).
Poniższe omówienie normalnej, wysokiej i niskiej rezystancji dotyczy elektrofiltrów pracujących w stanie suchym; odporność nie stanowi problemu w działaniu mokrych elektrofiltrów ze względu na stężenie wilgoci w elektrofiltrze. Zależność między zawartością wilgoci a odpornością zostanie wyjaśniona w dalszej części pracy.
Normalna rezystywność
Jak stwierdzono powyżej, ESP działają najlepiej w normalnych warunkach rezystywności. Cząstki o normalnej rezystywności nie tracą szybko swojego ładunku po dotarciu do elektrody zbiorczej. Cząsteczki te powoli oddają swój ładunek do uziemionych płytek i są zatrzymywane na płytkach zbiorczych przez adhezję międzycząsteczkową i siły kohezji. Pozwala to na zbudowanie warstwy cząstek stałych, a następnie usunięcie ich z płyt przez stukanie. W zakresie normalnej rezystywności pyłu (między 10 7 a 2 × 10 10 om-cm) popiół lotny zbiera się łatwiej niż pył o niskiej lub wysokiej rezystywności.
Wysoka rezystywność
Jeśli spadek napięcia na warstwie pyłu stanie się zbyt duży, może wystąpić kilka niepożądanych skutków. Po pierwsze, duży spadek napięcia zmniejsza różnicę napięcia między elektrodą wyładowczą a elektrodą zbiorczą, a tym samym zmniejsza natężenie pola elektrostatycznego wykorzystywanego do kierowania cząstek naładowanych jonami gazu do zebranej warstwy pyłu. W miarę narastania warstwy pyłu i gromadzenia się ładunków elektrycznych na powierzchni warstwy pyłu zmniejsza się różnica napięć między elektrodami wyładowczą i zbiorczą. Na prędkości migracji małych cząstek szczególnie wpływa zmniejszone natężenie pola elektrycznego.
Innym problemem występującym w przypadku warstw pyłu o wysokiej rezystywności jest korona wsteczna. Dzieje się tak, gdy spadek potencjału w warstwie pyłu jest tak duży, że w gazie uwięzionym w warstwie pyłu zaczynają pojawiać się wyładowania koronowe. Warstwa pyłu rozkłada się elektrycznie, tworząc małe dziury lub kratery, z których powstają wsteczne wyładowania koronowe. W warstwie pyłu generowane są dodatnie jony gazu, które są przyspieszane w kierunku „ujemnie naładowanej” elektrody wyładowczej. Jony dodatnie zmniejszają część ładunków ujemnych na warstwie pyłu i neutralizują niektóre jony ujemne na „naładowanych cząstkach” zmierzających w kierunku elektrody zbiorczej. Zakłócenia normalnego procesu koronowego znacznie zmniejszają skuteczność zbierania ESP, która w ciężkich przypadkach może spaść poniżej 50%. Gdy występuje wyładowanie wsteczne, cząstki pyłu osadzają się na elektrodach, tworząc warstwę izolacji. Często nie można tego naprawić bez wyłączenia urządzenia.
Trzecim i generalnie najczęstszym problemem związanym z pyłem o wysokiej rezystywności jest zwiększone iskrzenie elektryczne. Gdy częstotliwość iskrzenia przekracza „ustawioną granicę częstości iskier”, automatyczne sterowniki ograniczają napięcie robocze pola. Powoduje to zmniejszone ładowanie cząstek i zmniejszone prędkości migracji w kierunku elektrody zbiorczej. Wysoką rezystywność można zasadniczo zmniejszyć, wykonując następujące czynności:
- Regulacja temperatury;
- Zwiększenie zawartości wilgoci;
- Dodawanie środków kondycjonujących do strumienia gazu;
- Zwiększenie powierzchni zbiórki; I
- Używanie odpylaczy z gorącą stroną (sporadycznie i po uprzedniej wiedzy o wyczerpaniu sodu).
Cienkie warstwy pyłu i pył o wysokiej rezystywności szczególnie sprzyjają powstawaniu tylnych kraterów koronowych. Silne wyładowania koronowe zaobserwowano przy warstwach pyłu o grubości zaledwie 0,1 mm, ale warstwa pyłu o grubości nieco większej niż jedna cząsteczka może zmniejszyć napięcie iskrzenia o 50%. Najbardziej wyraźny wpływ korony wstecznej na charakterystykę prądowo-napięciową to:
- Zmniejszenie przepięcia iskry nawet o 50% lub więcej;
- Obecne skoki lub nieciągłości spowodowane tworzeniem się stabilnych kraterów tylnej korony; I
- Duży wzrost maksymalnego prądu koronowego, który tuż poniżej iskry nad przerwą koronową może być kilkakrotnie większy niż normalny prąd.
Rysunek poniżej i po lewej stronie pokazuje zmianę rezystywności wraz ze zmianą temperatury gazu dla sześciu różnych pyłów przemysłowych wraz z trzema popiołami lotnymi opalanymi węglem. Rysunek po prawej stronie ilustruje wartości rezystywności zmierzone dla różnych związków chemicznych, które zostały przygotowane w laboratorium.
Wyniki dla popiołu lotnego A (na rysunku po lewej) uzyskano w trybie rosnącej temperatury. Dane te są typowe dla popiołu o zawartości substancji palnych od umiarkowanej do wysokiej. Dane dla popiołu lotnego B pochodzą z tej samej próbki, uzyskanej w trybie obniżania temperatury.
Różnice między rosnącymi i opadającymi trybami temperatury wynikają z obecności niespalonych materiałów palnych w próbce. Pomiędzy dwoma trybami testu próbki są równoważone w suchym powietrzu przez 14 godzin (przez noc) w temperaturze 850 ° F (450 ° C). Ten nocny proces wyżarzania zazwyczaj usuwa od 60% do 90% wszelkich niespalonych materiałów palnych obecnych w próbkach. Dokładnie to, jak węgiel działa jako nośnik ładunku, nie jest w pełni zrozumiałe, ale wiadomo, że znacznie zmniejsza rezystywność pyłu.
Węgiel może początkowo zachowywać się jak pył o wysokiej rezystywności w odpylaczu. Aby rozpocząć generowanie wyładowań koronowych, mogą być wymagane wyższe napięcia. Te wyższe napięcia mogą być problematyczne dla elementów sterujących TR-Set. Problem polega na tym, że początek korony powoduje przepływ dużych ilości prądu przez warstwę pyłu (o niskiej rezystywności). Sterowanie wykrywa ten wzrost jako iskrę. Ponieważ odpylacze działają w trybie ograniczania iskier, zasilanie zostaje przerwane, a cykl generowania wyładowań koronowych zostaje ponownie zainicjowany. Zatem odczyty niższej mocy (prądu) są odnotowywane przy stosunkowo wysokich odczytach napięcia.
Uważa się, że to samo dzieje się w pomiarach laboratoryjnych. Geometria płytek równoległych jest stosowana w pomiarach laboratoryjnych bez generowania wyładowań koronowych. Kubek ze stali nierdzewnej mieści próbkę. Drugi obciążnik elektrody ze stali nierdzewnej znajduje się na wierzchu próbki (bezpośredni kontakt z warstwą pyłu). Ponieważ napięcie wzrasta od małych wartości (np. 20 V), prąd nie jest mierzony. Następnie zostaje osiągnięty progowy poziom napięcia. Na tym poziomie prąd przepływa przez próbkę... tak bardzo, że zasilacz może się wyłączyć. Po usunięciu niespalonych materiałów palnych podczas wyżej wymienionej procedury wyżarzania, opadająca krzywa trybu temperaturowego przedstawia typowy kształt odwróconej litery „V”, jakiego można się spodziewać.
Niska rezystywność
Cząstki o niskiej rezystywności są trudne do zebrania, ponieważ łatwo się ładują (bardzo przewodzą) i szybko tracą swój ładunek po dotarciu do elektrody zbiorczej. Cząsteczki przejmują ładunek elektrody zbiorczej, odbijają się od płytek i zostają ponownie uniesione w strumieniu gazu. W ten sposób brakuje przyciągających i odpychających sił elektrycznych, które normalnie działają przy normalnych i wyższych rezystywnościach, a siły wiązania z płytą są znacznie zmniejszone. Przykładami pyłów o niskiej rezystywności są niespalony węgiel w popiele lotnym i sadzy.
Jeśli te cząstki przewodzące są gruboziarniste, można je usunąć przed filtrem za pomocą urządzenia, takiego jak mechaniczny kolektor cyklonowy .
Dodatek ciekłego amoniaku ( NH
3 ) do strumienia gazu jako środka kondycjonującego znalazł szerokie zastosowanie w ostatnich latach. Teoretyzuje się, że amoniak reaguje z H
2 SO
4 zawartym w spalinach, tworząc związek siarczanu amonu, który zwiększa spoistość pyłu. Ta dodatkowa spójność rekompensuje utratę sił przyciągania elektrycznego.
Poniższa tabela podsumowuje charakterystyki związane z pyłami o niskiej, normalnej i wysokiej rezystywności.
Zawartość wilgoci w strumieniu gazów spalinowych również wpływa na rezystywność cząstek. Zwiększenie zawartości wilgoci w strumieniu gazu przez rozpylanie wody lub wtryskiwanie pary do kanału poprzedzającego ESP obniża rezystywność. Zarówno w przypadku regulacji temperatury, jak i kondycjonowania wilgoci, należy utrzymywać warunki gazowe powyżej punktu rosy, aby zapobiec problemom z korozją w ESP lub dalszych urządzeniach. Rysunek po prawej pokazuje wpływ temperatury i wilgoci na rezystywność pyłu cementowego. Wraz ze wzrostem procentowej zawartości wilgoci w strumieniu gazu z 6 do 20% rezystywność pyłu dramatycznie spada. Ponadto podniesienie lub obniżenie temperatury może zmniejszyć rezystywność pyłu cementowego dla wszystkich przedstawionych wartości procentowych wilgoci.
Wykazano, że obecność SO
3 w strumieniu gazu sprzyja procesowi wytrącania elektrostatycznego w przypadku wystąpienia problemów z wysoką rezystywnością. Większość siarki zawartej w węglu spalanym na źródła spalania przekształca się w SO
2 . Jednak około 1% siarki przekształca się w SO
3 . Ilość SO3
. w gazach spalinowych zazwyczaj wzrasta wraz ze wzrostem zawartości siarki w węglu Rezystywność cząstek zmniejsza się wraz ze wzrostem zawartości siarki w węglu.
| Oporność | Zakres pomiaru | Charakterystyka odpylacza |
|---|---|---|
| Niski | między 10 4 a 10 7 om-cm |
|
| Normalna | między 10 7 a 2 × 10 10 om-cm |
|
| Marginalny do wysokiego | między 2 × 10 10 a 10 12 om-cm |
|
| Wysoki | powyżej 10 12 om-cm |
|
Inne środki kondycjonujące, takie jak kwas siarkowy, amoniak, chlorek sodu i soda kalcynowana (czasami jako surowa trona), również były stosowane w celu zmniejszenia rezystywności cząstek. Dlatego skład chemiczny strumienia gazów spalinowych jest ważny ze względu na rezystywność cząstek, które mają zostać zebrane w ESP. W poniższej tabeli wymieniono różne środki kondycjonujące i mechanizmy ich działania.
| Środek kondycjonujący | Mechanizm(y) działania |
|---|---|
| Trójtlenek siarki i/lub kwas siarkowy |
|
| Amoniak |
Mechanizm nie jest jasny, zaproponowano różne;
|
| Siarczan amonu | Niewiele wiadomo o mechanizmie; roszczenia dotyczą:
|
| trietyloamina | Zgłoszona aglomeracja cząstek; brak danych potwierdzających. |
| Związki sodu |
|
| Związki metali przejściowych | Postulowano, że katalizują utlenianie SO 2 do SO 3 ; brak ostatecznych testów z popiołem lotnym, aby zweryfikować ten postulat. |
| Siarczan potasu i chlorek sodu | W elektrofiltrach do pieców cementowo-wapienniczych:
|
Jeśli wstrzyknięcie siarczanu amonu nastąpi w temperaturze wyższej niż około 600 ° F (320 ° C), nastąpi dysocjacja na amoniak i trójtlenek siarki. W zależności od popiołu, SO
2 może preferencyjnie oddziaływać z popiołem lotnym jako kondycjoner SO
3 . Pozostała część rekombinuje z amoniakiem, dodając do ładunku przestrzennego, jak również zwiększając spójność popiołu.
Niedawno uznano, że główną przyczyną utraty wydajności elektrofiltra jest gromadzenie się cząstek na przewodach ładujących oprócz płytek zbiorczych (Davidson i McKinney, 1998). Można temu łatwo zaradzić, upewniając się, że same druty są czyszczone w tym samym czasie, co czyszczone płyty zbierające.
Pary kwasu siarkowego ( SO
3 ) wzmacniają wpływ pary wodnej na przewodnictwo powierzchniowe. Jest fizycznie adsorbowany w warstwie wilgoci na powierzchni cząstek. Skutki stosunkowo niewielkich ilości kwaśnych oparów można zobaczyć na poniższym rysunku i po prawej stronie.
Właściwy opór właściwy próbki w temperaturze 300 °F (150 °C) wynosi 5 × 10 12 om-cm. Równowagowe stężenie zaledwie 1,9 ppm pary kwasu siarkowego obniża tę wartość do około 7 × 10 9 om-cm.
Nowoczesne elektrofiltry przemysłowe
ESP nadal są doskonałymi urządzeniami do kontroli wielu przemysłowych emisji cząstek stałych, w tym dymu z urządzeń wytwarzających energię elektryczną (opalanych węglem i ropą), zbierania placków solnych z kotłów ługu czarnego w celulozowniach oraz zbierania katalizatorów z urządzeń do krakingu katalitycznego ze złożem fluidalnym w oleju rafinerie, żeby wymienić tylko kilka. Urządzenia te przetwarzają gazy o objętościach od kilkuset tysięcy ACFM do 2,5 miliona ACFM (1180 m³/s) w największych zastosowaniach kotłów węglowych. W przypadku kotła opalanego węglem zbieranie odbywa się zwykle za podgrzewaczem powietrza w temperaturze około 160°C (320°F), co zapewnia optymalną rezystywność cząstek popiołu węglowego. Do niektórych trudnych zastosowań z paliwem o niskiej zawartości siarki zbudowano jednostki gorącego końca pracujące w temperaturze powyżej 370 ° C (698 ° F).
Oryginalna konstrukcja równoległych drutów obciążonych płytami (patrz rysunek odpylacza płytowo-prętowego powyżej) ewoluowała wraz z opracowaniem bardziej wydajnych (i wytrzymałych) konstrukcji elektrod wyładowczych, obecnie koncentrując się na sztywnych (ramach rurowych) elektrodach wyładowczych, do których przytwierdzono wiele zaostrzonych kolców dołączony (drut kolczasty), maksymalizujący produkcję korony . Układy transformatorowo-prostownikowe stosują napięcia 50–100 kV przy stosunkowo dużych gęstościach prądu. Nowoczesne sterowanie, takie jak automatyczna kontrola napięcia , minimalizuje iskrzenie elektryczne i zapobiega powstawaniu łuku elektrycznego (iskry są gaszone w ciągu 1/2 cyklu nastawionego TR ), unikając uszkodzenia elementów. Automatyczne systemy stukania płyt i systemy opróżniania leja usuwają zebrane cząstki stałe podczas pracy, teoretycznie umożliwiając elektrofiltrom nieprzerwaną pracę przez lata. [ potrzebne źródło ]
Elektrostatyczne pobieranie próbek bioaerozoli
Filtry elektrostatyczne mogą być używane do pobierania próbek biologicznych cząstek unoszących się w powietrzu lub aerozolu do analizy. Pobieranie próbek bioaerozoli wymaga konstrukcji odpylaczy zoptymalizowanych z ciekłą przeciwelektrodą, której można użyć do pobierania próbek cząstek biologicznych, np. wirusów, bezpośrednio do małej objętości cieczy w celu zmniejszenia niepotrzebnego rozcieńczania próbki. Zobacz Bioaerozole , aby uzyskać więcej informacji.
Odpylacz elektrostatyczny mokry
Mokry elektrofiltr (WESP lub mokry ESP) pracuje ze strumieniami powietrza nasyconego parą wodną (100% wilgotności względnej). Filtry WESP są powszechnie stosowane do usuwania kropelek cieczy, takich jak mgła kwasu siarkowego, z przemysłowych strumieni gazów procesowych. WESP jest również powszechnie stosowany tam, gdzie gazy mają wysoką zawartość wilgoci, zawierają palne cząstki stałe lub cząstki, które są z natury lepkie.
Domowe elektrostatyczne oczyszczacze powietrza
Filtry płytowe są powszechnie sprzedawane jako urządzenia oczyszczające powietrze lub jako stały zamiennik filtrów piecowych, ale wszystkie mają niepożądaną cechę polegającą na tym, że są nieco niechlujne w czyszczeniu. Negatywnym skutkiem ubocznym urządzeń do wytrącania elektrostatycznego jest potencjalna produkcja toksycznego ozonu i NO
x . Jednak elektrofiltry oferują korzyści w porównaniu z innymi technologiami oczyszczania powietrza, takimi jak HEPA , które wymagają drogich filtrów i mogą stać się „zlewami produkcyjnymi” dla wielu szkodliwych form bakterii.
W przypadku elektrofiltrów, jeśli płytki zbierające mogą gromadzić duże ilości cząstek stałych, cząstki mogą czasami tak mocno wiązać się z metalowymi płytkami, że do całkowitego oczyszczenia płyt zbierających może być konieczne energiczne mycie i szorowanie. Małe odstępy między płytami mogą utrudniać dokładne czyszczenie, a stos płyt często nie może być łatwo zdemontowany do czyszczenia. Jednym z rozwiązań, sugerowanym przez kilku producentów, jest mycie płyt kolektora w zmywarce do naczyń .
Niektóre konsumenckie filtry strącające są sprzedawane ze specjalnymi środkami czyszczącymi, w których cały zestaw płyt jest usuwany z filtra i moczony w dużym pojemniku przez noc, aby pomóc rozluźnić mocno związane cząstki stałe .
Badanie przeprowadzone przez Canada Mortgage and Housing Corporation testujące różne filtry do pieców z wymuszonym obiegiem powietrza wykazało, że filtry ESP zapewniają najlepszy i najbardziej opłacalny sposób oczyszczania powietrza przy użyciu systemu z wymuszonym obiegiem powietrza.
Pierwsze przenośne elektrostatyczne systemy filtrów powietrza do domów zostały wprowadzone na rynek w 1954 roku przez firmę Raytheon.
Zobacz też
Linki zewnętrzne
- Parker, KR (1997). Stosowane wytrącanie elektrostatyczne . Skoczek. ISBN 0751402664 .