Электрофильтр

Фильтрующее устройство
Электроды внутри электрофильтра
Электрод-коллектор электрофильтра на мусоросжигательном заводе
Сборка изолятора с корпусом и высоковольтной шиной, снятой для обслуживания и осмотра. Изоляторы обычно используются для удержания электродных полей между заземленными пластинами сбора.
Сборка изолятора с корпусом и высоковольтной шиной, снятой для обслуживания и осмотра. Изоляторы обычно используются для удержания электродных полей между заземленными пластинами сбора.  

Электростатический фильтр ( ЭСФ ) — это устройство без фильтра, которое удаляет мелкие частицы, такие как пыль и дым, из текущего газа, используя силу индуцированного электростатического заряда, минимально затрудняя поток газов через устройство. [1]

В отличие от мокрых скрубберов , которые подают энергию непосредственно в текущую жидкую среду, ЭФ подает энергию только на собираемые твердые частицы и, следовательно, очень эффективен в потреблении энергии (в виде электричества). [ необходима цитата ]

Изобретение

Впервые коронный разряд для удаления частиц из аэрозоля был использован Хольфельдом в 1824 году [2] . Однако коммерциализацию этого метода начали проводить лишь почти столетие спустя.

В 1907 году Фредерик Гарднер Коттрелл , профессор химии Калифорнийского университета в Беркли , подал заявку на патент на устройство для зарядки частиц и последующего их сбора посредством электростатического притяжения — первый электростатический осадитель. Коттрелл впервые применил устройство для сбора тумана серной кислоты и паров оксида свинца, выделяемых при различных процессах производства кислот и плавки . [3] Виноградники в Северной Калифорнии подвергались неблагоприятному воздействию выбросов свинца. [ требуется ссылка ]

Во время изобретения Коттрелла теоретическая основа работы не была понята. Теория работы была разработана позже в Германии, с работой Вальтера Дойча и образованием компании Lurgi. [4]

Коттрелл использовал доходы от своего изобретения для финансирования научных исследований посредством создания фонда под названием Research Corporation в 1912 году, которому он передал патенты. Целью организации было вывести изобретения, сделанные педагогами (такими как Коттрелл), в коммерческий мир на благо общества в целом. Работа Research Corporation финансируется за счет роялти, выплачиваемых коммерческими фирмами после коммерциализации. Research Corporation предоставила жизненно важное финансирование многим научным проектам: экспериментам Годдарда с ракетами, циклотрону Лоуренса , методам производства витаминов A и B 1 и многим другим.

Research Corporation установила территории для производителей этой технологии, в том числе Western Precipitation (Лос-Анджелес), Lodge-Cottrell (Англия), Lurgi Apparatebau-Gesellschaft (Германия) и Japanese Cottrell Corp. (Япония), и была клиринговой палатой для любых усовершенствований процесса. Однако антимонопольные проблемы заставили Research Corporation отменить территориальные ограничения в 1946 году. [5]

Электрофорез — термин, используемый для обозначения миграции заряженных частиц, взвешенных в газе, в электростатическом поле постоянного тока . Традиционные телевизоры с ЭЛТ склонны накапливать пыль на экране из-за этого явления (ЭЛТ — это машина постоянного тока, работающая при напряжении около 15 киловольт).

Типы

Существует два основных типа осадителей:

  • Высоковольтные, одноступенчатые - Одноступенчатые осадители объединяют этап ионизации и сбора. Их обычно называют осадителями Коттрелла.
  • Низковольтные, двухступенчатые. Двухступенчатые электрофильтры используют аналогичный принцип, однако за ионизирующей секцией следуют собирающие пластины.

Ниже описан высоковольтный одноступенчатый осадитель, который широко используется в операциях по переработке минералов. Низковольтный двухступенчатый осадитель обычно используется для фильтрации в системах кондиционирования воздуха.

Пластина и брусок

Большинство установленных электростатических осадителей являются пластинчатыми. Частицы собираются на плоских параллельных поверхностях, которые находятся на расстоянии 8–12 дюймов (20–30 см) друг от друга, с серией разрядных электродов, расположенных вдоль центральной линии двух соседних пластин. Загрязненные газы проходят через проход между пластинами, а частицы заряжаются и прилипают к пластинам сбора. Собранные частицы обычно удаляются путем постукивания по пластинам и осаждаются в бункерах или воронках у основания осадителя.

Концептуальная схема пластинчато-стержневого электрофильтра

Самый простой фильтр содержит ряд тонких вертикальных проводов, за которыми следует стопка больших плоских металлических пластин, ориентированных вертикально, причем пластины обычно располагаются на расстоянии от 1 см до 18 см друг от друга, в зависимости от применения. Воздушный поток течет горизонтально через промежутки между проводами, а затем проходит через стопку пластин.

Между проводом и пластиной подается отрицательное напряжение в несколько тысяч вольт . Если приложенное напряжение достаточно велико, электрический коронный разряд ионизирует воздух вокруг электродов, который затем ионизирует частицы в воздушном потоке.

Ионизированные частицы, благодаря электростатической силе , направляются к заземленным пластинам. Частицы накапливаются на пластинах сбора и удаляются из воздушного потока.

Двухступенчатая конструкция (отдельная секция зарядки перед секцией сбора) имеет преимущество в минимизации образования озона, [6] что может отрицательно повлиять на здоровье персонала, работающего в закрытых помещениях. Для судовых машинных отделений , где редукторы генерируют масляный туман , двухступенчатые ЭФ используются для очистки воздуха, улучшая рабочую среду и предотвращая накопление воспламеняющихся масляных туманов. Собранное масло возвращается в систему смазки передач. [7]

Трубчатый

Трубчатые осадители состоят из цилиндрических собирающих электродов с разрядными электродами, расположенными на оси цилиндра. Загрязненные газы протекают вокруг разрядного электрода и поднимаются через внутреннюю часть цилиндров. Заряженные частицы собираются на заземленных стенках цилиндра. Собранная пыль удаляется со дна цилиндра.

Трубчатые осадители часто используются для сбора тумана или липких, липких, радиоактивных или чрезвычайно токсичных материалов.

Компоненты

Четыре основных компонента всех электрофильтров:

  • Блок питания, обеспечивающий подачу постоянного тока высокого напряжения
  • Ионизирующая секция, для придания заряда частицам в газовом потоке
  • Средство удаления собранных частиц
  • Корпус, закрывающий зону электрофильтра

Собранный материал на электродах удаляется путем постукивания или вибрации собирающих электродов либо непрерывно, либо с заданным интервалом. Очистка осадителя обычно может быть выполнена без прерывания потока воздуха.

Эффективность сбора (Р)

На эффективность электрофильтров влияют следующие факторы:

  • Большая площадь поверхности сбора и меньшая скорость потока газа повышают эффективность, поскольку увеличивается время, необходимое для электрической активности, необходимой для обработки частиц пыли.
  • Увеличение скорости миграции пылевых частиц к собирающим электродам увеличивает эффективность. Скорость миграции может быть увеличена за счет:
    • Уменьшение вязкости газа
    • Повышение температуры газа
    • Увеличение поля напряжения

Производительность осадителя очень чувствительна к двум свойствам частиц: 1) электрическому сопротивлению; и 2) распределению размеров частиц . Эти свойства можно измерить экономично и точно в лаборатории с помощью стандартных тестов. Сопротивление можно определить как функцию температуры в соответствии со стандартом IEEE 548. Это испытание проводится в воздушной среде, содержащей определенную концентрацию влаги. Испытание проводится как функция восходящей или нисходящей температуры, или того и другого. Данные получаются с использованием среднего слоя золы [ необходимо дополнительное объяснение ] электрического поля 4 кВ/см. Поскольку используется относительно низкое приложенное напряжение и в испытательной среде отсутствуют пары серной кислоты, полученные значения указывают на максимальное удельное сопротивление золы.

В ЭФ, где зарядка и разрядка частиц являются ключевыми функциями, удельное сопротивление является важным фактором, который существенно влияет на эффективность сбора. Хотя удельное сопротивление является важным явлением в межэлектродной области, где происходит большая часть зарядки частиц, оно имеет особенно важное влияние на слой пыли на собирающем электроде, где происходит разрядка. Частицы, которые демонстрируют высокое удельное сопротивление, трудно заряжать. Но после заряда они нелегко отдают свой приобретенный заряд по прибытии на собирающий электрод. С другой стороны, частицы с низким удельным сопротивлением легко заряжаются и легко отдают свой заряд на заземленную собирающую пластину. Обе крайности удельного сопротивления препятствуют эффективному функционированию ЭФ. ЭФ лучше всего работают в условиях нормального удельного сопротивления.

Удельное сопротивление, являющееся характеристикой частиц в электрическом поле, является мерой сопротивления частицы передаче заряда (как принятию, так и отдаче зарядов). Удельное сопротивление является функцией химического состава частицы, а также условий работы дымового газа, таких как температура и влажность. Частицы могут иметь высокое, умеренное (нормальное) или низкое удельное сопротивление.

Объемное удельное сопротивление определяется с использованием более общей версии закона Ома, как показано в уравнении ( 1 ) ниже:

Где: E - напряженность электрического поля. Единица измерения: - (В/см); j - плотность тока. Единица измерения: - (А/см 2 ); и ρ - удельное сопротивление. Единица измерения: - (Ом·см)

Лучшим способом продемонстрировать это было бы решение для удельного сопротивления как функции приложенного напряжения и тока, как показано в уравнении ( 2 ) ниже:

Где: ρ = Удельное сопротивление. Единица:-(Ом-см) V = Приложенный потенциал постоянного тока. Единица измерения: - (Вольт); I = Измеренный ток. Единица измерения: - (Амперы); l = Толщина слоя золы. Единица измерения: - (см); и A = Площадь поверхности электрода измерения тока. Единица измерения: (см 2 ).

Удельное сопротивление — это электрическое сопротивление образца пыли площадью поперечного сечения 1,0 см2 , толщиной 1,0 см, измеряемое в единицах Ом-см. В этой статье будет описан метод измерения удельного сопротивления. В таблице ниже приведены диапазоны значений для низкого, нормального и высокого удельного сопротивления.

Удельное сопротивлениеДиапазон измерения
Низкийот 10 4 до 10 7 Ом-см
Нормальныйот 10 7 до 2 × 10 10 Ом-см
Высокийвыше 2 × 10 10 Ом-см

Сопротивление пылевому слою

Сопротивление влияет на электрические условия в слое пыли за счет потенциального электрического поля (падения напряжения), которое формируется поперек слоя, когда отрицательно заряженные частицы достигают его поверхности и пропускают свои электрические заряды на пластину сбора. На металлической поверхности электрически заземленной пластины сбора напряжение равно нулю, тогда как на внешней поверхности слоя пыли, куда поступают новые частицы и ионы, электростатическое напряжение, вызванное ионами газа, может быть довольно высоким. Сила этого электрического поля зависит от сопротивления и толщины слоя пыли.

В слоях пыли с высоким сопротивлением пыль недостаточно проводящая, поэтому электрические заряды с трудом перемещаются через слой пыли. В результате электрические заряды накапливаются на поверхности слоя пыли и под ней, создавая сильное электрическое поле.

Напряжение может превышать 10 000 вольт. Частицы пыли с высоким сопротивлением слишком прочно удерживаются на пластине, что затрудняет их удаление и приводит к проблемам с улавливанием.

В слоях пыли с низким сопротивлением коронный ток легко передается на заземленный собирающий электрод. Поэтому в слое пыли поддерживается относительно слабое электрическое поле в несколько тысяч вольт. Собранные частицы пыли с низким сопротивлением недостаточно прочно прилипают к собирающей пластине. Они легко вытесняются и удерживаются в газовом потоке.

Электропроводность объемного слоя частиц зависит как от поверхностных, так и от объемных факторов. Объемная проводимость, или движение электрических зарядов через внутреннюю часть частиц, зависит в основном от состава и температуры частиц. В областях с более высокими температурами, выше 500 °F (260 °C), объемная проводимость управляет механизмом проводимости. Объемная проводимость также включает в себя вспомогательные факторы, такие как сжатие слоя частиц, размер и форма частиц, а также свойства поверхности.

Объемная проводимость представлена ​​на рисунках в виде прямой линии при температурах выше 500 °F (260 °C). При температурах ниже примерно 450 °F (230 °C) электрические заряды начинают течь через поверхностную влагу и химические пленки, адсорбированные на частицах. Поверхностная проводимость начинает понижать значения удельного сопротивления и изгибать кривую вниз при температурах ниже 500 °F (260 °C).

Эти пленки обычно отличаются как физически, так и химически от внутренних частей частиц из-за явлений адсорбции. Теоретические расчеты показывают, что пленки влаги толщиной всего в несколько молекул достаточны для обеспечения желаемой поверхностной проводимости. Поверхностная проводимость на частицах тесно связана с поверхностными токами утечки, возникающими на электрических изоляторах, которые были тщательно изучены. [8] Интересным практическим применением поверхностной утечки является определение точки росы путем измерения тока между соседними электродами, установленными на стеклянной поверхности. Резкое повышение тока сигнализирует об образовании пленки влаги на стекле. Этот метод эффективно использовался для определения заметного повышения точки росы, которое происходит, когда в атмосферу добавляются небольшие количества паров серной кислоты (на рынке имеются коммерческие измерители точки росы).

Следующее обсуждение нормального, высокого и низкого сопротивления применимо к ЭФ, работающим в сухом состоянии; сопротивление не является проблемой при работе мокрых ЭФ из-за концентрации влаги в ЭФ. Связь между содержанием влаги и сопротивлением объясняется далее в этой работе.

Нормальное удельное сопротивление

Как указано выше, ЭФ лучше всего работают в условиях нормального удельного сопротивления. Частицы с нормальным удельным сопротивлением не теряют быстро свой заряд по прибытии на собирающий электрод. Эти частицы медленно передают свой заряд на заземленные пластины и удерживаются на собирающих пластинах межмолекулярными адгезионными и когезионными силами. Это позволяет наращивать слой частиц, а затем удалять его с пластин путем постукивания. В диапазоне нормального удельного сопротивления пыли (от 10 7 до 2 × 10 10 Ом·см) летучая зола собирается легче, чем пыль с низким или высоким удельным сопротивлением.

Высокое удельное сопротивление

Если падение напряжения на слое пыли становится слишком большим, может возникнуть несколько неблагоприятных эффектов. Во-первых, высокое падение напряжения уменьшает разницу напряжений между разрядным электродом и собирающим электродом и, таким образом, уменьшает напряженность электростатического поля, используемого для перемещения заряженных ионами газа частиц к собранному слою пыли. По мере того, как слой пыли нарастает, а электрические заряды накапливаются на поверхности слоя пыли, разница напряжений между разрядным и собирающим электродами уменьшается. Скорости миграции мелких частиц особенно зависят от уменьшенной напряженности электрического поля.

Другая проблема, которая возникает с пылевыми слоями с высоким сопротивлением, называется обратной короной. Это происходит, когда падение потенциала на пылевом слое настолько велико, что в газе, который захвачен пылевым слоем, начинают появляться коронные разряды. Пылевой слой электрически разрушается, образуя небольшие отверстия или кратеры, из которых возникают обратные коронные разряды. Положительные ионы газа генерируются внутри пылевого слоя и ускоряются по направлению к «отрицательно заряженному» разрядному электроду. Положительные ионы уменьшают часть отрицательных зарядов на пылевом слое и нейтрализуют часть отрицательных ионов на «заряженных частицах», направляющихся к собирающему электроду. Нарушения нормального процесса короны значительно снижают эффективность сбора ESP, которая в тяжелых случаях может упасть ниже 50%. При наличии обратной короны частицы пыли накапливаются на электродах, образуя слой изоляции. Часто это невозможно исправить, не выключив устройство.

Третья и, как правило, наиболее распространенная проблема с пылью с высоким удельным сопротивлением — повышенное электрическое искрение. Когда скорость искрения превышает «установленный предел скорости искрения», автоматические контроллеры ограничивают рабочее напряжение поля. Это приводит к снижению заряда частиц и снижению скорости миграции к собирающему электроду. Высокое удельное сопротивление обычно можно снизить, выполнив следующие действия:

  • Регулировка температуры;
  • Увеличение содержания влаги;
  • Добавление кондиционирующих агентов в газовый поток;
  • Увеличение площади поверхности сбора; и
  • Использование горячих электрофильтров (иногда и с учетом истощения натрия).

Тонкие слои пыли и пыль с высоким сопротивлением особенно способствуют образованию кратеров обратной короны. Сильная обратная корона наблюдалась при слоях пыли толщиной всего 0,1 мм, но слой пыли толщиной чуть больше одной частицы может снизить напряжение искрения на 50%. Наиболее выраженные эффекты обратной короны на вольт-амперные характеристики:

  1. Снижение перенапряжения искры на 50% и более;
  2. Скачки или разрывы тока, вызванные образованием устойчивых кратеров обратной короны; и
  3. Значительное увеличение максимального тока короны, который непосредственно под искровым разрядом через коронирующий промежуток может в несколько раз превышать нормальный ток.

Рисунок ниже и слева показывает изменение удельного сопротивления при изменении температуры газа для шести различных промышленных пылей вместе с тремя летучими золами от сжигания угля. Рисунок справа иллюстрирует значения удельного сопротивления, измеренные для различных химических соединений, которые были приготовлены в лаборатории.

Значения удельного сопротивления типичных пылей и паров промышленных предприятий
Значения удельного сопротивления различных химикатов и реагентов в зависимости от температуры

Результаты для летучей золы A (на рисунке слева) были получены в восходящем температурном режиме. Эти данные типичны для золы с содержанием горючих веществ от умеренного до высокого. Данные для летучей золы B получены из того же образца в нисходящем температурном режиме.

Различия между режимами восходящей и нисходящей температуры обусловлены наличием несгоревших горючих веществ в образце. Между двумя режимами испытаний образцы уравновешиваются в сухом воздухе в течение 14 часов (ночь) при температуре 850 °F (450 °C). Этот процесс отжига в течение ночи обычно удаляет от 60% до 90% любых несгоревших горючих веществ, присутствующих в образцах. То, как именно углерод работает как носитель заряда, до конца не изучено, но известно, что он значительно снижает удельное сопротивление пыли.

Удельное сопротивление, измеренное как функция температуры при различных концентрациях влаги (влажности)

Углерод может действовать, поначалу, как пыль с высоким удельным сопротивлением в осадителе. Для начала генерации короны могут потребоваться более высокие напряжения. Эти более высокие напряжения могут быть проблематичными для элементов управления TR-Set. Проблема заключается в возникновении короны, вызывающей большой ток, проходящий через слой пыли (с низким удельным сопротивлением). Элементы управления воспринимают этот ток как искру. Поскольку осадители работают в режиме ограничения искры, питание прекращается, и цикл генерации короны возобновляется. Таким образом, отмечаются более низкие показания мощности (тока) при относительно высоких показаниях напряжения.

То же самое, как полагают, происходит в лабораторных измерениях. Геометрия параллельных пластин используется в лабораторных измерениях без генерации коронного разряда. Чашка из нержавеющей стали удерживает образец. Другой электродный груз из нержавеющей стали находится сверху образца (прямой контакт с пылевым слоем). При увеличении напряжения от небольших величин (например, 20 В) ток не измеряется. Затем достигается пороговый уровень напряжения. На этом уровне ток проходит через образец... настолько сильно, что блок питания напряжения может отключиться. После удаления несгоревших горючих веществ во время вышеупомянутой процедуры отжига кривая нисходящего температурного режима показывает типичную перевернутую форму «V», которую можно было бы ожидать.

Низкое удельное сопротивление

Частицы с низким удельным сопротивлением трудно собирать, поскольку они легко заряжаются (очень проводящие) и быстро теряют заряд по прибытии на собирающий электрод. Частицы принимают заряд собирающего электрода, отскакивают от пластин и снова увлекаются потоком газа. Таким образом, притягивающие и отталкивающие электрические силы, которые обычно действуют при нормальном и более высоком удельном сопротивлении, отсутствуют, а силы связывания с пластиной значительно уменьшаются. Примерами пыли с низким удельным сопротивлением являются несгоревший углерод в летучей золе и саже.

Если эти проводящие частицы крупные, их можно удалить перед осадителем с помощью такого устройства, как циклонный механический коллектор .

Добавление жидкого аммиака ( NH
3
) в газовый поток в качестве кондиционирующего агента нашел широкое применение в последние годы. Предполагается, что аммиак реагирует с H
2
ТАК
4
содержится в дымовом газе, образуя соединение сульфата аммония, которое увеличивает связность пыли. Эта дополнительная связность компенсирует потерю электрических сил притяжения.

В таблице ниже приведены характеристики, связанные с пылью с низким, нормальным и высоким удельным сопротивлением.

Содержание влаги в потоке дымовых газов также влияет на удельное сопротивление частиц. Увеличение содержания влаги в потоке газа путем распыления воды или впрыскивания пара в воздуховод, предшествующий ЭФ, снижает удельное сопротивление. Как при регулировке температуры, так и при кондиционировании влажности необходимо поддерживать газовые условия выше точки росы, чтобы предотвратить проблемы с коррозией в ЭФ или последующем оборудовании. На рисунке справа показано влияние температуры и влажности на удельное сопротивление цементной пыли. По мере увеличения процентного содержания влаги в потоке газа с 6 до 20% удельное сопротивление пыли резко уменьшается. Кроме того, повышение или понижение температуры может снизить удельное сопротивление цементной пыли для всех представленных процентных значений влажности.

Наличие SO
3
в газовом потоке, как было показано, благоприятствует процессу электростатического осаждения, когда возникают проблемы с высоким сопротивлением. Большая часть серы, содержащейся в угле, сжигаемом для источников горения, преобразуется в SO
2
. Однако примерно 1% серы превращается в SO
3
. Количество SO
3
в дымовых газах обычно увеличивается с увеличением содержания серы в угле. Удельное сопротивление частиц уменьшается с увеличением содержания серы в угле.

Удельное сопротивлениеДиапазон измеренияХарактеристики осадителя
Низкийот 10 4 до 10 7 Ом-см
  1. Нормальные рабочие уровни напряжения и тока, если только слой пыли не настолько толстый, чтобы уменьшить зазоры между пластинами и вызвать более высокие уровни тока.
  2. Уменьшенная электрическая составляющая силы, удерживающая собранную пыль, подвержена высоким потерям на вторичный унос.
  3. Незначительное падение напряжения на слое пыли.
  4. Снижение производительности сбора из-за (2)
Нормальныйот 10 7 до 2 × 10 10 Ом-см
  1. Нормальные рабочие уровни напряжения и тока.
  2. Незначительное падение напряжения на слое пыли.
  3. Достаточная электрическая составляющая силы, удерживающая собранную пыль.
  4. Высокая эффективность сбора благодаря (1), (2) и (3)
От незначительного до высокогомежду 2 × 10 10 и 10 12 Ом-см
  1. Пониженные уровни рабочего напряжения и тока при высокой частоте искрения.
  2. Значительная потеря напряжения в слое пыли.
  3. Умеренная электрическая составляющая силы, удерживающая собранную пыль.
  4. Снижение производительности сбора из-за (1) и (2)
Высокийвыше 10 12 Ом-см
  1. Пониженные уровни рабочего напряжения; высокие уровни рабочего тока, если контроллер питания работает неправильно.
  2. Очень значительная потеря напряжения в слое пыли.
  3. Компонент с высокой электрической силой, удерживающий собранную пыль.
  4. Серьёзное снижение эффективности сбора из-за (1), (2) и, возможно, обратной короны.

Другие кондиционирующие агенты, такие как серная кислота, аммиак, хлорид натрия и кальцинированная сода (иногда как сырая трона), также использовались для снижения сопротивления частиц. Поэтому химический состав потока дымовых газов важен с точки зрения сопротивления частиц, собираемых в ЭФ. В таблице ниже перечислены различные кондиционирующие агенты и механизмы их действия.

Кондиционирующий агентМеханизм(ы) действия
Триоксид серы и/или серная кислота
  1. Конденсация и адсорбция на поверхностях летучей золы.
  2. Может также повысить связность летучей золы.
  3. Уменьшает удельное сопротивление.
Аммиак

Механизм не ясен, предлагаются различные варианты;

  1. Изменяет удельное сопротивление.
  2. Увеличивает связность золы.
  3. Усиливает эффект пространственного заряда.
сульфат аммонияО механизме известно немного; выдвигаются следующие утверждения:
  1. Изменяет удельное сопротивление (зависит от температуры впрыска).
  2. Увеличивает связность золы.
  3. Усиливает эффект пространственного заряда.
  4. Экспериментальных данных, подтверждающих, какой из них преобладает, недостаточно.
ТриэтиламинЗаявлено об агломерации частиц; подтверждающих данных нет.
Соединения натрия
  1. Натуральный кондиционер, если добавлен уголь.
  2. Модификатор сопротивления при введении в газовый поток.
Соединения переходных металловПредполагается, что они катализируют окисление SO
2
к SO
3
; нет окончательных испытаний с летучей золой, которые могли бы подтвердить этот постулат.
Сульфат калия и хлорид натрияВ электрофильтрах цементных и известковых печей:
  1. Модификаторы сопротивления в газовом потоке.
  2. NaCl - натуральный кондиционер при смешивании с углем.

Если впрыскивание сульфата аммония происходит при температуре выше примерно 600 °F (320 °C), происходит диссоциация на аммиак и триоксид серы. В зависимости от золы, SO
2
может преимущественно взаимодействовать с летучей золой, как SO
3
кондиционирование. Остаток рекомбинирует с аммиаком, увеличивая пространственный заряд и повышая связность золы.

Совсем недавно было признано, что основной причиной потери эффективности электрофильтра является накопление частиц на зарядных проводах в дополнение к собирающим пластинам (Davidson and McKinney, 1998). Это легко исправить, убедившись, что сами провода очищаются одновременно с очищаемыми собирающими пластинами. [9]

Пары серной кислоты ( SO
3
) усиливает воздействие водяного пара на поверхностную проводимость. Он физически адсорбируется в слое влаги на поверхности частиц. Воздействие относительно небольших количеств кислотного пара можно увидеть на рисунке ниже и справа.

Собственное сопротивление образца при 300 °F (150 °C) составляет 5 × 10 12 Ом·см. Равновесная концентрация всего 1,9 ppm паров серной кислоты снижает это значение примерно до 7 × 10 9 Ом·см.

Удельное сопротивление, смоделированное как функция условий окружающей среды - особенно паров серной кислоты

Современные промышленные электрофильтры

Дымовая труба на угольной электростанции Hazelwood в Виктории, Австралия, испускает коричневый дым, когда ее электрофильтр отключается

ESP продолжают оставаться превосходными устройствами для контроля многих промышленных выбросов твердых частиц, включая дым от электростанций (работающих на угле и нефти), сбор соляного кека из котлов черного щелока на целлюлозных заводах и сбор катализатора из установок каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем на нефтеперерабатывающих заводах, и это лишь некоторые из них. Эти устройства обрабатывают объемы газа от нескольких сотен тысяч ACFM до 2,5 миллионов ACFM (1180 м³/с) в самых крупных угольных котлах. Для угольного котла сбор обычно выполняется ниже по потоку от воздухоподогревателя при температуре около 160 °C (320 °F), что обеспечивает оптимальное сопротивление частиц угольной золы. Для некоторых сложных применений с топливом с низким содержанием серы были построены блоки горячего конца, работающие при температуре выше 370 °C (698 °F).

Первоначальная конструкция параллельной пластины-утяжеленной проволоки (см. рисунок выше) развивалась по мере разработки более эффективных (и надежных) конструкций разрядных электродов, сегодня основное внимание уделяется жестким (трубчато-рамным) разрядным электродам, к которым прикреплено множество заостренных шипов (колючая проволока), что максимизирует производство короны . Системы трансформатор-выпрямитель применяют напряжение 50–100 кВ при относительно высоких плотностях тока. Современные элементы управления, такие как автоматический контроль напряжения , сводят к минимуму электрическое искрение и предотвращают дугообразование (искры гасятся в течение 1/2 цикла набора TR ), избегая повреждения компонентов. Автоматические системы встряхивания пластин и системы эвакуации бункера удаляют собранные твердые частицы во время работы, теоретически позволяя ESP оставаться в непрерывной работе в течение многих лет. [ необходима цитата ]

Электростатический отбор проб биоаэрозолей

Электростатические осадители могут использоваться для отбора проб биологических частиц в воздухе или аэрозоля для анализа. Отбор проб биоаэрозолей требует конструкций осадителей, оптимизированных с помощью жидкого противоэлектрода, который может использоваться для отбора проб биологических частиц, например, вирусов, непосредственно в небольшой объем жидкости для уменьшения ненужного разбавления пробы. [10] [11] Подробнее см . в разделе Биоаэрозоли .

Мокрый электрофильтр

Мокрый электростатический осадитель (WESP или мокрый ESP) работает с потоками воздуха, насыщенными водяным паром (100% относительной влажности). WESP обычно используются для удаления капель жидкости, таких как туман серной кислоты, из потоков промышленных технологических газов. WESP также обычно используется там, где газы имеют высокое содержание влаги, содержат горючие частицы или имеют частицы, которые являются липкими по своей природе. [12]

Пример «грязного» технологического газа с 100% непрозрачностью, поступающего в WESP на металлургическом заводе серной кислоты. Для освещения технологического газа используется подсветка.

Бытовые электростатические очистители воздуха

Пластинчатые осадители обычно продаются населению как устройства для очистки воздуха или как постоянная замена печным фильтрам, но все они имеют нежелательное свойство - их довольно сложно чистить. Отрицательным побочным эффектом электростатических осадительных устройств является потенциальное производство токсичного озона [13] и NO
х
. [14] Однако электростатические пылеуловители обладают преимуществами по сравнению с другими технологиями очистки воздуха, такими как фильтрация HEPA , которые требуют дорогостоящих фильтров и могут стать «производственными поглотителями» для многих вредных форм бактерий. [15] [16]

В случае электростатических осадителей, если пластины сбора позволяют накапливать большое количество твердых частиц, частицы иногда могут настолько прочно прилипать к металлическим пластинам, что для полной очистки пластин сбора может потребоваться энергичная мойка и чистка. Близкое расположение пластин может затруднить тщательную очистку, и стопку пластин часто невозможно легко разобрать для очистки. Одним из решений, предлагаемых несколькими производителями, является мытье пластин сбора в посудомоечной машине .

Некоторые потребительские фильтры-осадители продаются со специальными очистителями для замачивания, при которых вся решетка пластин извлекается из осадителя и замачивается в большой емкости на ночь, чтобы помочь разрыхлить прочно связанные частицы .

Исследование, проведенное Канадской корпорацией ипотечного и жилищного строительства, в ходе которого были протестированы различные фильтры для печей с принудительной подачей воздуха, показало, что фильтры ESP являются наилучшим и наиболее экономически эффективным средством очистки воздуха с использованием системы принудительной подачи воздуха. [17]

Первые портативные электростатические системы очистки воздуха для домов были выпущены на рынок в 1954 году компанией Raytheon. [18]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ IUPAC , Compendium of Chemical Terminology , 2nd ed. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) «электростатический осадитель». doi :10.1351/goldbook.E02028
  2. ^ Фарнуд А. (2008). Электростатическое удаление твердых частиц дизельного топлива . стр. 23. ISBN 978-0549508168.
  3. Патент США 895729, Коттрелл Ф.Г., «Искусство отделения взвешенных частиц от газообразных тел», опубликован 11 августа 1908 г. 
  4. ^ "Хроника". GEA Bischoff . Получено 25 января 2014 г.
  5. ^ "Архивы Исследовательской корпорации по развитию науки, 1896-настоящее время" (PDF) . www.rescorp.org . Получено 12 мая 2018 г. .
  6. ^ Ясумото К, Зукеран А, Такаги Й и др. (2010). «Влияние толщины электрода на снижение образования озона в электрофильтре». Электроника и связь в Японии . 93 (7): 24–31 . doi :10.1002/ecj.10291.
  7. ^ "Oil Mist Eliminator - IMP 38 обзор использования в судовых двигателях". www.puravent.co.uk . Получено 2024-11-15 .
  8. ^ Джонсон Ф. У. (1937). «Адсорбированная влаговлажная пленка на поверхности глазурованного фарфора». Philos. Mag. 24 (163): 797– 807. doi :10.1080/14786443708561958.
  9. ^ Дэвидсон Дж. Х., МакКинни П. Дж. (1998). «Химическое осаждение паров в коронном разряде электростатических воздухоочистителей». Aerosol Science and Technology . 29 (2): 102– 110. Bibcode : 1998AerST..29..102D. doi : 10.1080/02786829808965555.
  10. ^ Пардон Г, Ладхани Л, Сандстром Н и др. (2015). «Отбор проб аэрозоля с использованием электростатического осадителя, интегрированного с микрофлюидным интерфейсом». Датчики и приводы. B, Химия . 212 : 344–352 . doi :10.1016/j.snb.2015.02.008.
  11. ^ Ладхани, Лейла; Простите, Гаспар; Лунс, Питер; Гуссенс, Герман; ван дер Вейнгаарт, Воутер (2020). «Электростатический отбор проб дыхания пациента для обнаружения патогенов: пилотное исследование». Границы в машиностроении . 6 . дои : 10.3389/fmech.2020.00040 . ISSN  2297-3079.
  12. ^ "Информационный бюллетень по технологиям контроля загрязнения воздуха" (PDF) . www3.epa.gov (Отчет). Агентство по охране окружающей среды США . 2009.
  13. ^ Shin DH, Woo CG, Kim HJ и др. (2019). «Сравнение разрядных электродов для электростатического фильтра в качестве системы фильтрации воздуха в воздухообрабатывающих установках». Исследования аэрозолей и качества воздуха . 19 (3): 671– 676. doi : 10.4209/aaqr.2018.10.0367 .
  14. ^ Кататани А., Яхата Х., Мизуно А. (2010). «Снижение образования NOx от электростатических осадителей» (PDF) . Международный журнал плазменной экологической науки и технологий . 4 (1): 13–17 .
  15. ^ Ким SH, Ан GR, Сон SY и др. (2014). «Плесень, возникающая на высокоэффективных фильтрах для улавливания частиц в воздухоочистителях, используемых в домах детей, больных атопическим дерматитом». Mycobiology . 42 (3): 286– 290. doi :10.5941/MYCO.2014.42.3.286. PMC 4206797 . PMID  25346608. 
  16. ^ Price DL, Simmons RB, Crow SA Jr, et al. (2005). «Колонизация плесени при использовании обработанных консервантом и необработанных воздушных фильтров, включая фильтры HEPA из больниц и коммерческих помещений за 8-летний период (1996–2003)». Журнал промышленной микробиологии и биотехнологии . 32 (7): 319–321 . doi : 10.1007/s10295-005-0226-1 . PMID  15856351. S2CID  21841372.
  17. ^ "Ваш фильтр печи: что может сделать для вас фильтр печи". Canada Mortgage and Housing Corporation . Архивировано из оригинала 14 мая 2008 года . Получено 1 сентября 2008 года .
  18. ^ "Plug-in Filter Clears the Air". Popular Science . Т. 165, № 1. Июль 1954. С. 70.
  • Паркер, К. Р. (1997). Прикладное электростатическое осаждение. Springer. ISBN 0751402664.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Электростатический_фильтр&oldid=1263447563"