ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ

Аннотация. В данной статье описан принцип работы электрофильтров, их основные характеристики, преимущества и особенности работы, рассмотрены способы ионизации твердых частиц пыли.

Введение. Электрофильтры повсеместно используют на промышленных предприятиях с целью снижения уровня выбросов вредных веществ, таких как угольной пыли, нагара, дыма от резины, вирусов, аэрозолей, сварочных дымов. Применение находят на предприятиях черной металлургии, мусоросжигающих заводах, электростанциях на угольном топливе и т.д.

Электрофильтр – приспособление для улавливания твердых частиц пыли или жидкости с помощью электрического поля. Частицы пыли получают отрицательный заряд, вследствие чего начинают движение по направлению к заземленным электродам и собираются в бункерах после регенерации электродов. Небольшая часть пыли получает положительный заряд и оседает на коронирующих электродах и также периодически удаляется.

Плюсами электрических фильтров являются:

• Высокая производительность – до нескольких миллионов м³ в час;
• Гидравлическое сопротивление менее 0,2 кПа;
• Могут улавливать частицы размером от 0.01 мкм (вирусы, табачный дым);
• Низкое энергопотребление;

Основные минусы:

• Высокая стоимость установки;
• Сложность эксплуатации

Электрофильтр представляет из себя короб цилиндрической или прямолинейной формы, внутри которого находятся коронирующий и осадительный электроды. Коронирующие электроды находятся под напряжением от 50 до 80 кВ.  Бывают как сухие, в которых осевшие частицы стряхиваются специальным устройством, так и мокрые фильтры, в которых пыль смывается водой.

Рисунок 1. Горизонтальный пластинчатый фильтр

Рисунок 2. Трубчатый электрофильтр

Бывают как однопольные фильтры, в которых пыль проходит через один коронирующий и осадительный электроды, так и многопольные. Фильтры также могут состоять из нескольких камер –секций, соответственно существую одно- и многосекционные фильтры. По направлению движения газа – вертикальными и горизонтальными. По конструкции электродов – пластинчатыми и трубчатыми.

К вспомогательному оборудованию относятся узлы подвода, распределения и отвода газов, которые должны обеспечивать равномерное распределение газов по сечению каждого из параллельно работающих электрофильтров. Для регулирования количества впускаемых газов, на входных участках установлены дроссельные заслонки.

Основными показателями электрофильтров являются:

• Степень очистки газов (измеряется в процентах);
• Гидравлическое сопротивление (перепад давления внутри фильтра);
• Производительность (объем очищаемых газов);
• Расход электроэнергии на 1000 м³, измеряется в кВт/час;
• Стоимость электрофильтра, руб.;
• Стоимость очистки газов, рассчитанная на очистку 1000 м³ газов в час, руб.

Принцип работы электрофильтра основан на ионизации частиц находящихся в газе. Если в газовую среду поместить электроды и подать на них напряжение, то находящиеся в газе частицы начнут движение. Движущиеся в поле частицы создают ток, но он очень мал. Однако, если добавить в это поле ионизатор, то возникает резкое увеличение числа ионизированных частиц, что приведет к резкому увеличению тока. В качестве ионизатора отлично подходит коронный разряд, возникающий в неоднородном электрическом поле. Такое поле может возникнуть в системе с двумя параллельных электродов, если их радиусы сильно отличаются по значению. При этом диаметр внешнего электрода должен быть намного меньше внутреннего.

При подаче напряжения на коронирующий и осадительный электроды и постоянном его повышении, между ними возникает электрический разряд имеющий ВАХ показанную на рис.2 На участке характеристика аб ток возрастает при повышении U, что вызвано увеличением количества новых носителей зарядов. Если и дальше увеличивать U, то при достижении начального напряжения возникает коронный разряд между электродами (Участок бв).

Рисунок 3. Вольт-амперная характеристика системы электродов

Последующее увеличение напряжения между электродами вызывает пробой межэлектродного пространства и переходу к искровому разряду (участок вг), что может привести к возникновению дугового разряда (правее г). Зачастую электрофильтры работают в пределах участка бв (активная корона).

Из выше приведенных данных следует, что распределение электрического поля между электродов и значения тока зависят от свойств газа, таких как его температура, электрическая проницаемость и влажность.

Процесс заряжания частицы в электрическом поле происходит следующим образом, электродинамические силы воздействуют на частицу, тем самым постепенно накапливая заряд. Процесс зарядки происходит не сразу, а порой требует длительное время.

Оседание ионов происходит под воздействием данных сил:

Первая сила вызвана воздействием внешнего электрического поля. Двигаясь по нему, частицы соударяются и удерживаются на поверхности за счет сил зеркального отображения.

Вторая сила вызвана поляризацией во внешнем поле, что приводит к искривлению силовых линий результирующего поля и увеличению количества линий, пересекающих поверхность частицы. На частицу оседают те ионы, которые без нее не пересекали бы области, ограниченной поверхностью частицы.

Третья сила, это сила зеркального отображения, действующая на частицы и ионы, движущиеся рядом с поверхностью. С её помощью еще некоторое количество ионов осядет на поверхность.

Четвертая сила связана с поглощающим действием поверхности частицы, из-за чего концентрация ионов рядом с частицей меньше, чем вдали от нее. Заряженная частица также создает отталкивающее кулоновское поле, которое обладает максимальным значением вблизи поверхности.

Рассмотренные силы вынуждают ион двигаться к поверхности частицы. Однако, этому противится одна сила – сила отталкивания между ионами, осевшими на частицу и ионами, движущимися по направлению к ее поверхности. Зарядка частицы прекращается, когда сила отталкивания равна сумме сил притяжения.

Зарядка иона продолжается до того момента, пока к ней присоединяются ионы. С течением времени зарядки и числа осевших ионов на частице, растет напряженность электрического поля, которая создается заряжающейся частицей и направленная в сторону основного поля, из-за чего уменьшается скорость зарядки частицы вследствие уменьшения скорости движения новых ионов к частице. Когда напряженность электрических полей будет равна, частица перестанет заряжаться, поскольку на её поверхность перестанут оседать ионы.

Вывод. Электростатические фильтры поражают своей высокой эффективностью, тем самым делая вопрос о необходимости установки на предприятии чисто риторическим. Однако сложность эксплуатации и высокая стоимость все еще препятствует модернизации уже имеющихся и вновь строящихся установок. Однако растущие требования к охране окружающей среды, рано или поздно вынудят предприятия к обязательной установке электрофильтров.

Список литературы:

1. Правила устройства электроустановок // Минтопэнерго 7-е изд, –2018. –552 с.
2. Санаев Ю.И. Обеспыливание газов электрофильтрами // Кондор-Эко. –2009. –163 с.
3. Живописцев Е.Н., Косицын О.А. Электротехнология и электрическое освещение // Москва ВО «Агропромиздат». –1990. –303с.
4. Болотов А.В., Шепель Г.А. Электротехнологические установки // Москва «Высшая школа». –1988.