Электростатические фильтры. Электрофильтры: принцип работы и основные достоинства. Классы очистки воздушных фильтров для вентиляционных установок

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

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

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

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

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

Эта разработка послужила прототипом для создания современных электростатических фильтров .

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

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

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

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

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

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

Особенности конструкций промышленного электростатического фильтра

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

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

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

лотков;

перевернутой пирамиды;

усеченного конуса.

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

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

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

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

Промышленные фильтры для улавливания высокотоксичных аэрозолей

Пример одной из схем работы подобных устройств показан на картинке.

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

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

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

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

Области применения промышленных электростатических фильтров

Очистка загрязненных воздушных сред используется на:

электростанциях с котлами, сжигающими уголь;

объектах мазутосжигающих производств;

мусоросжигающих заводах;

промышленных котлах химического восстановления;

производственных печах отжига известняка;

технологических котлах сжигания биомассы;

предприятиях черной металлургии;

производстве цветных металлов;

объектах цементной промышленности;

предприятиях переработки сельскохозяйственной продукции и других отраслях.

Возможности очистки загрязненных сред

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

Особенности конструкций фильтров в бытовых устройствах

Очистка воздуха в жилых помещениях осуществляется:

кондиционерами;

ионизаторами.

Принцип работы кондиционера демонстрирует картинка.

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

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

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

Особенности бытового ионизатора

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

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

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

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

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

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

Методов очистки воздуха довольно много, но не все они приносят желаемый результат. Ответить на вопрос: «Как сделать воздух в помещении чистым?» – можно, только имея четкое представление о природе загрязнения и его концентрации.

Загрязнители воздуха делятся на газообразные, аэрозольные и микробиологические. Все они либо сами являются источниками запахов, либо способны переносить (распространять) как запахи, так и токсичные вещества. Например: запах табачного дыма – аэрозольное загрязнение, запах пепельницы с потухшими окурками – газовое загрязнение, а запах плесени – биоаэрозоль с адсорбированными молекулами запаха. Чтобы очистить воздух от всех классов загрязнителей, в современных воздухоочистителях, как правило, применяются несколько типов фильтров.

Виды фильтров

Постараемся понять, как очистить воздух от пыли, какие есть разновидности пылевых фильтров и чем они отличаются?

Пылевые фильтры представляют собой специальную ткань из различных волокон, способных задерживать частицы размером от 0,1 мкм и больше (для сравнения, толщина волоса – 100 мкм). Принцип их работы достаточно прост: воздух вентилятором прогоняется через фильтр, частицы пыли застревают в нем, и воздух становится чистым.

Технология использования пылевых фильтров в промышленных и бытовых очистителях широко распространена во всем мире. На Западе она носит название HEPA, т. е. High Efficiency Particulate Air, что в дословном переводе означает – высокоэффективный уловитель частиц. В России такие фильтры назывались «ткань Петрянова».

Откроем секрет: любой пылевой фильтр можно назвать HEPA, но не все они очищают воздух одинаково эффективно. Поэтому в Европе был принят стандарт EN 1822, регламентирующий класс HEPA-фильтра в зависимости от его эффективности при задержке частиц с максимальной проникающей способностью (англ. MPPS – Most Penetrating Particle Size). Для НЕРА-фильтров MPPS начинается от 0,3 мкм и выше.

Согласно международным стандартам существует 17 классов фильтрации от G1 до U17. Чем выше класс, тем лучше качество фильтрации воздуха. Из приводимых ниже данных видно, какой класс HEPA-фильтра соответствует определенной эффективности по норме EN 1822:

Классификация НЕРА-фильтров по классам чистоты

В России требования к качеству очистки воздуха устанавливаются ГОСТом Р51215-99 «Фильтры очистки воздуха. Классификация. Маркировка». Этот ГОСТ, разработанный в 1999 году Ассоциацией инженеров по контролю микрозагрязнений (АСИНКОМ), в точности повторяет европейский стандарт EN 1822. Он регламентирует классификацию всех пылевых фильтров, начиная от фильтров грубой очистки и заканчивая фильтрами сверхвысокой эффективности.

Эффективность фильтрации частиц высокоэффективными НЕРА-фильтрами

Бытовые воздухоочистители Аэролайф

В бытовых воздухоочистителях Аэролайф используются НЕРА-фильтры класса фильтрации Н10. В структуру волокна фильтра включены частицы кахетина, антибактериального вещества, которое уничтожает микроорганизмы, оседающие на фильтре. Эффективность фильтров приведена в техническом описании каждой модели воздухоочистителя.

В профессиональных системах очистки воздуха Аэролайф используются фильтры стандарта НЕРА от F5 до H14. Разработанная нами технология, включающая в себя НЕРА-фильтр и блок электростатического осаждения, позволяет изготавливать фильтры высочайшего класса очистки (до U16) при минимальном сопротивлении воздушному потоку.

ГОСТ Р 51251-99 Фильтры очистки воздуха. Классификация. Маркировка.

• + Низкая стоимость.
• + Простота монтажа и эксплуатации.
• - Пылевые фильтры способны удалять из воздуха только механические загрязнители. Газообразные вещества пролетают через НЕРА-фильтр.
• - Загрязнители накапливаются на фильтрующих элементах, и при несвоевременной замене сам фильтр становится источником загрязнения в обслуживаемом помещении.
• - Отсутствие инактивации микроорганизмов на фильтре. При замене фильтрующий элемент опасен для окружающих, т. к. на нем могут размножаться болезнетворные микроорганизмы. НЕРА-фильтры требуют специальной утилизации.
• - Создают высокое сопротивление воздушному потоку при высоких классах фильтрации.
• - НЕРА-фильтры имеют малую емкость по улавливаемым загрязнителям и, соответственно, требуют частой замены.

Электростатический фильтр – устройство, предназначенное для очистки воздуха от самой мелкой пыли, аэрозолей, дыма, частиц сажи, копоти, т. е. любых механических и аэрозольных частиц. Оптимальное решение для удаления из воздуха твердых, жидких и биологических аэрозолей.

Принцип работы электростатического фильтра

Процесс улавливания механических частиц в электростатическом фильтре разделен на несколько стадий:

• - зарядка взвешенных частиц электрическим полем;
• - движение заряженных частиц к электродам;
• - осаждение заряженных частиц на блоке осаждения.

Принцип действия электростатических фильтров основан на притяжении электрических зарядов разной полярности. Загрязненный воздух проходит через блок зарядки аэрозолей, в котором частицы приобретают электрический заряд. Значение этого заряда зависит от конструкции коронатора и размера частицы и может составлять от 10 до 500 зарядов-электрона. Заряженные частицы, находящиеся в воздушном потоке, в результате адсорбции на их поверхности ионов и под влиянием сил электростатического поля движутся с потоком воздуха и оседают на токопроводящих пластинах противоположной полярности.

В процессе работы любого электростатического фильтра всегда образуется озон. Именно озон является источником запаха от электростатических фильтров, который принято называть «воздух, как после грозы». Необходимо отметить, что озон – сильнейший окислитель и даже в небольших количествах является ядом и канцерогеном. В коронаторах, работающих при электростатическом напряжении больше 15 кВ, происходит разрушение прочных молекул N 2 и образуются окислы азота (NO Х).

Профессиональные воздухоочистители Аэролайф

В системах очистки воздуха Аэролайф используются электростатические фильтры, совмещенные с барьерным НЕРА-фильтром. Такая комбинация не дает возможности для вторичного уноса частиц пыли, т. е. все частицы остаются в пылевом фильтре, при этом загрязнители оседают по всему объему фильтрующего элемента, а любые типы микроорганизмов инактивируются.

Преимущества и недостатки технологии:

• + С высокой эффективностью удаляет из воздуха твердые и жидкие аэрозоли. Минимальный размер улавливаемых частиц 0,01 мкм.
• + Не требует затрат на сменные элементы и расходные материалы.
• + Длительный срок эксплуатации при минимальных начальных капиталовложениях.
• - Газообразные химические загрязнители не улавливаются электростатическим фильтром.
• - Загрязнители накапливаются на осадительных пластинах, которые, в свою очередь, требуют сервисного обслуживания.
• - На эффективность фильтрации сильно влияют параметры улавливаемых частиц (слипаемость, химический состав, сыпучесть), а также содержание воды в капельной фазе в обрабатываемом воздушном потоке.
• - процессе работы электростатического фильтра в воздух попадают озон и окислы азота – крайне ядовитые вещества.

Основным предназначением угольных фильтров является поглощение (адсорбция) неприятных запахов – ароматических углеводородов и других соединений органической и элементорганической природы с массой более 40 а.е. На самом деле, для удаления ароматических углеводородов эти фильтры практически незаменимы, а вот легкие соединения, такие как оксид углерода или окислы азота, ими не адсорбируются.

Принцип действия фильтров лежит в самой природе активированного угля. С точки зрения химии, уголь – это одна из форм углерода с несовершенной структурой, практически не содержащая примесей. Угольные «несовершенства» – поры, размер которых колеблется от видимых трещин и щелей до различных брешей и пустот на молекулярном уровне. Именно высокий уровень пористости делает активированный уголь «активированным».

В порах угля действует межмолекулярное притяжение – сила, которая по своей природе схожа с силой гравитации, с той лишь разницей, что действует она на молекулярном, а не на астрономическом уровне. Благодаря этому притяжению активированный уголь прекрасно поглощает и удерживает вредные вещества.

В системах очистки воздуха Аэролайф используется модифицированная угольно/целитная смесь адсорбентов. При работе такого фильтра совместно с фотокаталитическим блоком смесь адсорбентов работает как катализатор. Это стало возможным благодаря модификации поверхности угля активными центрами природного фермента каталазы (фермент, катализирующий реакцию разложения перекиси водорода на воду и молекулярный кислород). В итоге загрязнения не
накапливаются на фильтре, а постепенно разлагаются до углекислого газа и воды.

При залповых выбросах загрязнителя (открытых окнах, например) угольно-адсорбционный блок за один проход воздуха с высокой эффективностью задерживает все вредные газообразные вещества, которые впоследствии уничтожаются либо на угольно-адсорбционном катализаторе, либо в фотокаталитическом блоке.

Преимущества и недостатки технологии:

• + Хорошо улавливают (адсорбируют) летучие газообразные примеси воздуха с атомарной массой более 40 а.е.
• + Высокая эффективность при удалении из воздуха запахов – ароматических углеводородов и летучих ароматических соединений.
• - Ограниченная емкость фильтра (адсорбента).
• - Высокая стоимость сменных элементов.
• - Селективность при очистке воздуха. Например, угарный газ, оксилы азота и др. легкие соединения адсорбционные фильтры не задерживают.
• - Высокое динамическое сопротивление при небольших потоках воздуха.
• - При несвоевременной замене угольный фильтр становится источником микробиологических и химических загрязнителей.
• - Регенерация угольных фильтров либо невозможна, либо очень трудоемка.
• - Отсутствие инактивации микроорганизмов.

Следуя научному определению, фотокатализ – это изменение скорости или возбуждение химических реакций под действием света в присутствии веществ (фотокатализаторов), которые в результате поглощения ими квантов света способны вызывать химические превращения участников реакции, вступая с последними в промежуточные химические взаимодействия и регенерируя свой химический состав после каждого цикла таких взаимодействий.

Если постараться рассказать просто о сложном физико-химическом процессе, то сущность метода состоит в окислении веществ на поверхности катализатора под действием мягкого ультрафиолетового излучения диапазона А (с длиной волны более 300 нм). Реакция протекает при комнатной температуре, при этом токсичные примеси не накапливаются на фильтре, а разрушаются до безвредных компонентов воздуха: двуокиси углерода, воды и азота.

Вредные органические и неорганические загрязнители, бактерии, вирусы, споры плесени адсорбируются на поверхности фотокатализатора и под действием мягкого ультрафиолета окисляются до углекислого газа, воды и атмосферного азота. Фактически фотокатализ дает уникальную возможность глубоко окислять органические и неорганические соединения в мягких условиях.

Подробно о фотокатализе читайте в статье

Профессиональные и бытовые очистители воздуха Аэролайф

Во всех воздухоочистителях Аэролайф в качестве фотокатализатора используется 100 % диоксид титана, допированный платиной и палладием. Все используемые источники УФ-излучения работают в безозоновой области ультрафиолета – А (320-400 нм).

Преимущества и недостатки технологии:

• + Эффективно удаляют из воздуха все органические, элементорганические и неорганические загрязнители и все виды вирусов, бактерий, спор плесени и грибов.
• + В процессе очистки загрязнители не накапливаются на фильтре, а полностью разлагаются до безвредных компонентов воздуха.
• + Практически неограниченный ресурс работы фильтра и, соответственно, нулевые эксплуатационные расходы.
• + Полная инактивация и уничтожение микробиологических загрязнителей.
• + Неселективное уничтожение химических загрязнителей, вирусов и бактерий.
• + Низкое динамическое сопротивление при любых расходах воздуха.
• - Невысокая скорость очистки.
• - При залповых выбросах может происходить проскок загрязнителей.
• - Фильтры не предназначены для удаления механических частиц из воздуха.

Озонатор – это прибор для насыщения воздуха озоном. Озонаторы для дома и офиса есть в ассортименте практически любого магазина бытовой техники. При этом продавцы-консультанты могут активно убеждать в благотворном действии этого «волшебного» газа на здоровье всей семьи: дескать, он и воздух очищает, и бактерии убивает, и дышать становится легче. Но давайте разберемся, ведь в практике случались и смертельные исходы.

Озон является сильным антисептиком, с его помощью часто обеззараживают воду и воздух. В природе в больших количествах озон высвобождается при грозе, после чего в воздухе возникает приятный свежий запах. Именно эти факты приводят людей к выводу, что озон, безусловно, полезен, и чем его больше вокруг нас – тем лучше. Это ошибка. Необходимо понимать, что степень благоприятного влияния озона находится в очень узком диапазоне от 0,1 до 1 ppb (молекул озона на миллиард).

В концентрациях выше 1 ppb озон чрезвычайно ядовит. При высоких концентрациях его не может переносить ни один живой организм. Токсичность озона обусловлена его высокими окисляющими свойствами, вследствие которых возникают свободные радикалы кислорода. Поражение легких, снижение иммунитета и другие симптомы, вызываемые озоном в организме человека и животных, явились причиной того, что этот газ был отнесен к классу ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНЫХ ВЕЩЕСТВ – максимальному по шкале опасности.

Всем известный городской смог отчасти состоит из озона. Во многом именно из-за этого газа у человека возникают проблемы с дыханием, боль в глазах. При длительном воздействии озона обостряются хронические заболевания и развиваются новые:
новые виды аллергии, которых человек не замечал за собой ранее;
утяжеление и учащенность дыхания;
появление начальных, а затем тяжелых форм бронхита и астмы;
неправильное развитие легких у детей;
снижение иммунитета к различным видам заболеваний;
общее ухудшение состояния легких, отеки, поражение тканей.

Для озона не существует отдельного порога, при котором он бездействует. Его высокая канцерогенность приводит к тому, что он действует отравляюще не только на людей и животных, но даже на растения: его концентрация в воздухе неоднократно уничтожала целые леса и поля с урожаем.

Для того чтобы обезопасить себя от риска отравления, вы можете провести анализ воздуха в квартире и определить, превышает ли норму концентрация озона.

Преимущества и недостатки технологии:

• + Быстро дезинфицирует воздух, уничтожая микроорганизмы.
• + При высоких концентрациях способен окислять и разрушать химические загрязнители.
• - Озон при концентрациях выше 1 ppb является канцерогеном (способен вызывать рак) и очень ядовитым веществом. Относится к группе черезвычайно опасных веществ.
• - В большинстве случаев при озонировании химические вещества не уничтожаются, а их запах маскируется озоном.
• - При озонировании механические частицы не удаляются из воздуха.
• - Селективность в уничтожении микроорганизмов, споры плесени не убиваются озоном.
• - Даже при небольшой концентрации озон способен вызывать у человека различные заболевания.

Бактерицидный облучатель – устройство, предназначенное для обеззараживания воздуха и поверхностей в помещении. Его работа основана на ультрафиолетовом (УФ) излучении, которое является частью спектра электромагнитных волн оптического диапазона и подавляет жизнедеятельность микроорганизмов. Проще говоря, УФ-С излучение убивает (инактивирует) вирусы, бактерии, плесень, грибки, при этом оставляя в воздухе помещения мертвые клетки.

Бактерицидные облучатели бывают открытые и закрытые. Основное отличие этих двух типов заключается в принципе их работы. Благодаря прямым УФ-лучам, открытый тип позволяет обеззараживать как воздух, так и все поверхности в помещении. При этом люди, животные и растения не должны находиться в комнате во время работы прибора. Помимо того, что жесткий ультрафиолет сам по себе крайне вреден для человека, во время его воздействия образуется озон – вещество, которое при высоких концентрациях является чрезвычайно опасным.

Устройство закрытого типа называется бактерицидным рециркулятором. Он обеззараживает воздух, который прогоняется вентиляторами через корпус прибора, где «спрятаны» УФ-лампы. И если непрозрачный корпус защищает людей от УФ-излучения, то от воздействия озона он уберечь не может.

Несмотря на то что в последнее время бактерицидные облучатели стали популярны в быту (их устанавливают в квартирах, домах, офисах и т. д.), самое широкое применение они нашли в медицине. Конечно, в каждом процедурном кабинете, в каждой перевязочной и операционной стоят подобные лампы. Однако стоит отметить, что производительность бактерицидных облучателей сегодня не слишком высока, да и убивают они далеко не все микробы, которые могут возникать в лечебно-профилактическом учреждении. Особое место среди таких микробов занимает синегнойная палочка, которая очень опасна для каждого пациента.

Преимущества и недостатки технологии:

• + Инактивация и уничтожение микробиологических загрязнителей.
• + Недорогое обслуживание.
• - Селективность в уничтожении микроорганизмов.
• - Открытое УФ-излучение опасно для человека.
• - Выделение озона – газа, который относится к группе чрезвычайно опасных веществ.
• - Высокие энергозатраты.
• - Невозможность использования в присутствии человека.
• - Сравнительно низкая производительность.

Выходные данные сборника:

Электрофильтры: принцип работы и основные достоинства

Николаев Михаил Юрьевич

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

E - mail : munp @ yandex . ru

Есимов Асет Мухаммедович

технического университета, РФ, г. Омск

E - mail : esimov 007@ mail . ru

Леонов Виталий Владимирович

студент 3 курса, энергетического факультета, Омского государственного

технического университета , РФ , г . Омск

ELECTROSTATIC PRECIPITATORS: WORKING PRINCIPLE AND MAIN DIGNITIES

Nikolayev Michael

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

Esimov Aset

Leonov Vitaliy

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

АННОТАЦИЯ

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

ABSTRACT

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

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

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

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

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

Рисунок 1. Горизонтальный пластинчатый электрофильтр

Рисунок 2. Трубчатый электрофильтр

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Список литературы:

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

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

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

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

Рис. 12.Основные системы электродов электрофильтров:

а – электрофильтр;

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

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.