Reducerea emisiilor de pulbere. filtre electrostatice uscate si umede

REDUCEREA EMISIILOR DE PULBERE. FILTRE ELECTROSTATICE USCATE SI UMEDE

FILTRE ELECTROSTATICE

Filtrele electrostatice realizeaza separatie prafului prin ionizarea gazelor purtatoare a particulelor de cenusa si prin urmare, tensiunea de lucru a acestora este ridicata. Principiul de functionare a fost brevetat la inceputul secolului XX de catre Fredrick Cottrell, iar la ora actuala sunt numeroase variantele de realizare practica.

Avantajele comparative ale utilizarii filtrelor electrostatice in comparatie cu alte aparate colectoare de particule sunt:

posibilitatea utilizarii la temperaturi ridicate ale gazelor purtatoare (200÷250 C°) si prin urmare, se pot utiliza si frunale si generatoare de abur;

au o extrem de mica cadere de presiune(10÷15 Pa) astfel incat costurile cu energia electrica consumata de ventilatoare este minima;

eficienta colectarii este extrem de mare (94÷99,5%), daca utilizarea este adecvata tipului de praf, insa daca proprietatile prafului nu sunt bine cunoscute, aceasta eficienta scade la 92 ÷95%;

pot acoperi un larg domeniu de marimi de particule si concentratii de parf, dar cel mai eficiente sunt pentru particule mai mici de 10 microni;

costurile de intretinere si reparare sunt mult mai mici decat pentru oricare alt tip de sistem de colectare.

Dezavantajele electrofiltrelor, care limiteaza intr-o oarecare masura folosirea lor sunt:

cost initial ridicat;

necesitatea unui spatiu de instalare mare;

nu pot capta particule de praf combustibile, ca de exemplu praful de lemn;

sunt inadecvate pentru variatii brutale ale rezistivitatii prafului si debitului de gaze.

Filtrele electrostatice lucreaza prin incarcarea prafului cu ioni si apoi colectarea particulelor ionizate pe o suprafata colectoare, de forma tubulara sau plata, care este de obicei curatata prin razuire.

La tensiune ridicata, peste 30 kV curent continuu, se stabileste un camp electric intre bobina electrodului central si suprafata de colectare. Tensiunea este destul de ridicata pentru un efect corona vizibil intre electrod si suprafata, avand ca efect o cascada de ioni negatici in spatiul dintre electrodul central si suprafata din afara tubului.

Ionizarea are loc sub actiunea unei tensiuni inalte, care depaseste constanta dielectrica a gazelor in vecinatatea electrozilor de ionizare, producand fenomenul corona.

Orice aerosol care intra in acest spatiu liber este incarcat si bombardat de acesti ioni, astfel ca migreaza spre suprafata colectoare sub efectul atractiei electrice si al bombardarii, cum se observa si in figura 5.6.

Cand particulele ajung pe suprafata colectoare, isi pierd sarcina electrica si adera la aceasta datorita fortei de atractie, unde vor ramane fixate pana la intreruperea curentului si indepartarea fizica prin razuire, curatare sau vibratii.

In general, distanta b dintre electrozii de ionizare si cei de depunere este de 0.3÷0.4 m, viteza de migrare a particulelor de cenusa w pe electrozii de depunere este de 8÷12 cm/s, iar viteza υ a gazelor in electrofiltru este de 1.5÷2.5 m/s.

Dupa forma electrozilor, filtrele elctrostatice sunt tubulare sau cu placi. La filtrele tubulare electrodul de dpunere este un tub cilindric sau hexagonal, iar electrodul de ionizare o sarma intinsa in lungul axei tubului. Aceste tuburi au diametrul de 150÷300 mm si o lungime de 1.5÷2 mm. Uneori sarma este prevazuta cu tepi sau muchii pentru a mari posibilitatea de strapungere locala a campului.

Filtrele cu placi, prezentate in figura 5.7, sunt de fapt niste condensatori plani alcatuiti dintr-o serie de placi paralele, ce constituie de fapt electrozii de dpunere, iar intre placi sunt situati electrozii de ionizare, sub forma unor sarme la jumatatea drumului dintre doua placi.

Electrozii de ionizare sunt izolati de pamant, fiind legati la polaritatea(-), iar placile sunt legate la pamant, forman polaritatea(+). Tensiunea aplicata este, in general, de ordinul U=60-100kVc.c. Legarea electrozilor de ionizare la (_) este justificata de faptul sa ionii negativi din aer au o mobilitate de 1.37 ori mai mare decat cei pozitivi si astfel, efectul corona este mai intens.

Circulatia gazului este orizontala pentru placi. Electrozii de ionizare se construiesc cu diametrul de 12 mm, eventual cu muhcii si varfuri, pentru a produce o descarcare cat mai intensa.

Particulele de cenusa din gaze se incarca cu sarcini electrice si, datorita fortelor electrostatice, se deplaseaza cu viteza w spre electrozii de depunere. Viteza de miscare a particulelor, w, in campul electrostatic depinde atat de caracteristicile mecanice si electrice ale purtatorilor, cat si de intensitatea campului electric.

Gradul de retinere a prafului (desprafuire), sau eficienta β a electrofiltrului, se poate calcula cu una din relatiile de mai jos:

Β=1-Ce/Ci=1-e ^-τm/τs 1-e ^-(lw/bv)*x

Unde: Ce,Ci - concentratia la iesirea din electrofiltru, respectiv la intrarea in acesta;

τm= timp de migrare a particulelor la a particulelor spre electrozii de depunere;

s= timp de stationare a particulelor in electrofiltru;

w= viteza de depunere sau migrare a particulelor spre electrozii de depunere, depinzand si de caracteristicile acestora;

b= distanta dintre electrozi;

υ= viteza curentului de gaze, continand particule, prin electrofiltru;

l= lungimea electrofiltrului;

x= factor de corectie experimental, avand valori de 0.85÷0.9.

Relatia de mai sus, care se utilizeaza si pentru dimensionare, are un grad mare de aproximare, deoarece face urmatoarele ipoteze simplificatoare:

viteza de migrare w este constanta in lungul electrofiltrului, cand in realitate aceasta depinde de temperatura gazelor (creste cu aceasta);

campul de viteze al circulatiei gazelor este uniform, adica υ= constant;

geometria electrofiltrului este perfecta (b=const);

concentratia de praf este uniforma si se mentine constanta in toata sectiunea transversala a canalului, neexistand antrenari de parf pe electrozi.

In realitate, imperfectiunile geometrice, cat si depunerea exagerata pe electrozi, modifica campul electric, tensiunea efectiva de ionizare si, impreuna cu neuniformitatea curgerii, constituie cauze ale reducerii efinientei electrofiltrului.

Viteza de depunere se poate calcula cu relatia:
w=aeE/3πηd_p

z= numarul mediu de purtatori de sarcina pe particula;

e= sarcina electronului;

E= intensitatea campului electric aplicat;

η = vascozitatea dinamica a gazului;

d_p = diametrul particulei de praf.

Aceasta viteza de depunere este teoretica, dar in realitate se abate de la valoarea teoretica, dupa cum se vede si in figura 5.8.

Factorii care influenteaza viteza de depunere, diminuand-o sunt:

1. incarcarea suprafetei de depunere;
2. intensitatea curentului;
3. sectiunea de curgere;
4. suprafata totala;
5. continutul de sulf din particule;
6. concentratia prafului;
7. continutul de carbon nears(funingine)
8. suprafata granulelor de cenusa.

Daca la factorii ce ifluenteaza viteza de depunere si implicit, eficienta filtrarii, β adaugam si corecta respectare a geometriei canalelor si a concentratiei ramelor cu electrozi de ionizare, putem concluziona ca buna functionare a filtrelor electrostatice nu reprezinta o problema de conceptie si de nivel tehnic, ci o problema de executie, monaj si exploatare.

Electrofiltrele sunt alcatuite din mai multe zone de lucru, alimentate electric independent, pentru marirea fiabilitatii si a sigurantei in functionare. Lungimea unei zone este de 4.5÷5 m.

In practica centralelor electrice, in functie de eficienta β necesara a filtrului si dependent de felul combustibilului, se folosesc 2÷3 zone pentru huila, 3÷4 zone pentru lignit si 5÷6 zone pentru sisturi bituminoase sau continut ridicat de anorganic. Schema unui E.F. cu trei zone este prezentata in figura 5.9. Atunci cand se realizeaza punerea in functiune a dispozitivelor de scuturare, se vor scutura ata electrozii de depunere cat si ramele de ionizare.

Pentru a evita antrenarea cenusii pe durata scuturarii, electrozii de depunere pot avea forma literei C, crescand astfel zona de stagnare si impiedicand antrenarea cenusii, cum se observa in figura 5.10.

Electrozii de ionizare sunt prevazuti cu varfurile orientate spre interiorul literei c, dirijand preferential cenusa catre aceste zone. Tensiunea aplicata este de 60-100 kV c.c., cu posibilitatea unui reglaj continuu, pentru a mentine curentul de ionizare constant. Daca curentul de ionizare creste foarte mult, se poate ajunge la strapungerea izolatorilor si, prin urmare, la scurtcircuit si distrugerea electrofiltrului. Daca cantitatea de praf este foarte mare, in electrofiltru pot aparea fenomene de ecranare electrica, ceea ce micsoreaza eficienta β. Din acest motiv, in unele instalatii cu continut mare de praf in gaze, se instaleaza in serie un filtru mecanic si un electrofiltru.

Dimensiunile electrofiltrului sunt considerabile, dupa cum se observa din figura 5.11, unde este prezentat un electrofiltru instalat intr-o fabrica de ciment.

La filtrele electrostatice umede are loc o stropire cu apa a amestecului impur de aer sau gaze, continand praf. Acest sistem este utilizat mai putin pentru retinerea particulelor solide de raf si mai mult pentru retinerea combinata a prafului si altor substante gazoase nocive.