Elektrostatični filtri (ESP) so med najpogosteje uporabljenimi sistemi za nadzor onesnaženosti zraka v elektrarnah, cementarnah, jeklarnah, obratih za predelavo odpadkov v energijo, tovarnah celuloze in papirja ter številnih predelovalnih industrijah. Zaradi svoje sposobnosti odstranjevanja trdnih delcev z učinkovitostjo, ki presega 991 TP3T, so ključni sestavni del pri doseganju okoljske skladnosti in zmanjševanju emisij iz dimnikov.

Razumevanje delovanja elektrostatičnega filtra zahteva poznavanje elektrotehnike, dinamike plinov, mehanizmov polnjenja delcev, fizike koronskega praznjenja in postopkov zbiranja delcev.

Ta priročnik ponuja celovito inženirsko razlago načela delovanja ESP, ključnih komponent, obratovalnih parametrov, izračunov zmogljivosti in industrijske uporabe.

Kaj je elektrostatični filter?

Elektrostatični filter (ESP) je filtracijska naprava, ki s pomočjo elektrostatičnih sil odstranjuje suspendirane delce iz plinskega toka.

Za razliko od vrečastih filtrov, ki se zanašajo na fizično filtracijo skozi filtrirni medij, ESP lovi delce tako, da jih električno nabije in privlači na nasprotno nabite zbiralne površine.

Tipična učinkovitost zbiranja:

Zakaj industrije uporabljajo ESP-je

Glavne prednosti vključujejo:

Industrije, ki pogosto uporabljajo ESP, vključujejo:

• ✓Termoelektrarne
• ✓Cementarne
• ✓Jeklarne
• ✓Sintrarne naprave
• ✓Elektrarne na biomaso
• ✓Obrati za predelavo odpadkov v energijo
• ✓Rastline za gnojenje
• ✓Industrija celuloze in papirja

Temeljno načelo delovanja ESP

V svojem bistvu ESP deluje v štirih fazah:

• ✓Polnjenje delcev
• ✓Migracija delcev
• ✓Zbiranje delcev
• ✓Odstranjevanje prahu

Postopek se začne, ko dimni plini, obremenjeni s prahom, vstopijo v komoro ESP.

1. faza: Generiranje koronskega praznjenja

Najpomembnejši pojav znotraj elektrostatičnega filtra (ESP) je koronski razelektritev.

Visokonapetostni enosmerni napajalnik običajno ustvari:

• ✓od 30 kV do 100 kV
• ✓Negativna polarnost v večini aplikacij

Napetost se uporablja med:

Razelektritvene elektrode

• ✓Tanke žice
• ✓elektrode z konicami
• ✓Trde elektrode za jambor

Zbiralne elektrode

• ✓Velike ozemljene plošče
• ✓Vzporedne zbiralne površine

Visoko električno polje ionizira okoliški plin.

Ko se napetost poveča, se elektroni sproščajo v plinski tok, kar ustvarja:

• ✓Negativni ioni
• ✓Prosti elektroni
• ✓Ionizirane molekule plina

To območje je znano kot koronsko polje.

2. faza: Mehanizem polnjenja delcev

Ko se vzpostavi koronski razelektritev, se prašni delci električno nabijejo.

Prevladujeta dva mehanizma polnjenja:

Polnjenje na terenu

Poljno polnjenje se pojavi, ko ioni trčijo z večjimi delci.

Učinkovito za:

• ✓Delci > 1 μm
• ✓Cementni prah
• ✓leteči pepel
• ✓Apnenčasti prah

Delec pridobi negativni naboj, sorazmeren z:

• ✓Premer delcev
• ✓Jakost električnega polja
• ✓Čas bivanja

Difuzijsko polnjenje

Za ultrafine delce prevladuje difuzijsko polnjenje.

Učinkovito za:

• ✓Delci <1 μm
• ✓Hlapi
• ✓Submikronski aerosoli

Naključno gibanje ionov povzroča kopičenje naboja na površinah delcev.

3. faza: Migracija delcev

Ko delci pridobijo naboj, začnejo delovati elektrostatična sila.

Hitrost migracije je podana z:

Kje:

• ✓F = Elektrostatična sila
• ✓q = naboj delca
• ✓E = Intenzivnost električnega polja

Delci se selijo proti ozemljenim zbiralnim ploščam.

Dejavniki, ki vplivajo na migracije:

• ✓Velikost delcev
• ✓Upornost delcev
• ✓Hitrost plina
• ✓Jakost električnega polja
• ✓Gostota naboja delcev

4. faza: Zbiranje delcev

Ko delci dosežejo zbiralne plošče:

• ✓Naboj je nevtraliziran
• ✓Delci se oprimejo površine plošče
• ✓Postopoma se oblikuje plast prahu

Ta zbrani prah ostane pritrjen, dokler ga ne odstrani sistem za trepanje.

5. faza: Odstranjevanje prahu z udarjanjem

Kopičenje prahu ni mogoče dovoliti v nedogled.

Mehanski raperji občasno stavkajo:

Zbiranje krožnikov

za odstranjevanje nakopičenega prahu.

Razelektritvene elektrode

da preprečijo kopičenje in ohranijo stabilnost korone.

Prah pade v:

• ✓Sistemi lijakov
• ✓Sistemi za ravnanje s pepelom
• ✓Pnevmatski transportni sistemi

za končno odstranitev ali ponovno uporabo.

Glavne komponente elektrostatičnega filtra

Sistem za distribucijo dovodnega plina

Funkcije:

• ✓Enakomerna porazdelitev pretoka plina
• ✓Zmanjšajte turbulenco
• ✓Zmanjšajte ponovno vlečenje delcev

Sestavine:

• ✓Obračanje lopatic
• ✓Perforirane mreže
• ✓Razdelilne plošče

Razelektritvene elektrode

Namen:

• ✓Generiranje koronskega praznjenja

Vrste:

• ✓Žične elektrode
• ✓Bodeča žica
• ✓Togi dvižni drog
• ✓Spiralne elektrode

Zbirne plošče

Namen:

• ✓Zajemanje nabitih delcev

Tipični razmik:

• ✓200–400 mm

Material:

• ✓Ogljikovo jeklo
• ✓Zlitine, odporne proti koroziji

Transformatorski usmernik (komplet TR)

Namen:

• ✓Pretvori izmenični tok v visokonapetostni enosmerni tok

Tipična izhodna moč:

• ✓50–80 kV
• ✓Nekaj sto miliamperov

Sistem lijaka

Namen:

• ✓Zbiranje in shranjevanje prahu

Značilnosti oblikovanja:

• ✓Strmi koti sten
• ✓Ureditve proti premostitvi
• ✓Grelni sistemi

Suhi ESP v primerjavi z mokrim ESP

Suhi ESP

Aplikacije:

• ✓leteči pepel
• ✓Cementni prah
• ✓Apnenčasti prah

Prednosti:

• ✓Nižji obratovalni stroški
• ✓Brez nastajanja odpadne vode

Omejitve:

• ✓Zmanjšana učinkovitost za lepljive delce

Mokri ESP

Aplikacije:

• ✓Kisla meglica
• ✓Oljna meglica
• ✓Emisije finih delcev (PM)

Prednosti:

• ✓Vrhunsko odstranjevanje PM2.5
• ✓Brez ponovnega uvajanja

Omejitve:

• ✓Višje vzdrževanje
• ✓Zahteve za čiščenje vode

Deutsch-Andersonova enačba

Učinkovitost ESP se običajno ocenjuje z uporabo Deutsch-Andersonovega modela.

Kje:

• ✓η = Učinkovitost zbiranja
• ✓A = Območje zbiranja
• ✓w = hitrost migracije
• ✓Q = Pretok plina

Ta enačba prikazuje, zakaj večje območje zbiranja in večja hitrost migracije izboljšata učinkovitost.

Kritični parametri načrtovanja

Posebno območje zbiranja (SCA)

Tipične vrednosti:

Hitrost plina

Tipični razpon:

• ✓1–2 m/s

Večja hitrost lahko povzroči:

• ✓Ponovno vključevanje
• ✓Nižja učinkovitost

Upornost delcev

Idealno območje upornosti:

• ✓10⁷–10¹⁰ ohm-cm

Težave z visoko upornostjo

Ko upornost preseže:

• ✓10¹¹ ohm-cm

Lahko se pojavi povratna korona.

Učinki:

• ✓Zmanjšana učinkovitost
• ✓Omejitev moči
• ✓Povečane emisije

Pogosto v:

• ✓Pepel iz premoga z nizko vsebnostjo žvepla
• ✓Določeni prah iz cementnih peči

Težave z nizko upornostjo

Ko je upornost prenizka:

• ✓Prah ne more zadržati naboja
• ✓Poveča se ponovno vključevanje

Rezultat:

• ✓Zmanjšana učinkovitost zbiranja

Uporaba ESP v različnih panogah

Elektrarne

Posnetki:

• ✓leteči pepel
• ✓Nezgoreli ogljik
• ✓Delci kotla

Tipična učinkovitost:

• ✓99.5–99.9%

Cementarne

Aplikacije:

• ✓Izpušni plini iz peči
• ✓Plini iz mlinov surovin
• ✓Plini za hlajenje klinkerja

Jeklarne

Aplikacije:

• ✓Sintrarne naprave
• ✓Visoke peči
• ✓Sistemi BOF

Obrati za predelavo odpadkov v energijo

Aplikacije:

• ✓Odstranjevanje delcev iz zgorevanja
• ✓Nadzor kisle megle (mokri ESP)

Pogoste operativne težave

Povečanje hitrosti iskrenja

Vzroki:

• ✓Nabiranje prahu
• ✓Visoka vlažnost
• ✓Električne napake

Nazaj Korona

Vzroki:

• ✓Pepel z visoko upornostjo

Rešitev:

• ✓Priprava plina
• ✓vbrizgavanje SO₃

Ponovno ujeti prah

Vzroki:

• ✓Agresivno rapanje
• ✓Visoka hitrost plina

Zamašitev lijaka

Vzroki:

• ✓Slabo ogrevanje zalogovnika
• ✓Lepljiv prah

ESP proti vrečastemu filtru

Prihodnji trendi v tehnologiji ESP

Med novimi dogodki so:

Te tehnologije omogočajo izboljšano učinkovitost, manjšo porabo energije in boljšo skladnost z vse strožjimi emisijskimi normami.

Pogosto zastavljena vprašanja (FAQ)

Zaključek

Elektrostatični filtri ostajajo ena najučinkovitejših in najcenejših tehnologij za nadzor delcev v velikem obsegu. Z uporabo koronskega praznjenja, polnjenja delcev, migracije in mehanizmov zbiranja lahko elektrostatični filtri vsako leto odstranijo milijone ton industrijskih emisij delcev. Razumevanje električnih, mehanskih in procesnih inženirskih načel delovanja elektrostatičnih filtrov pomaga inženirjem obratov optimizirati delovanje, izboljšati skladnost s predpisi in podaljšati življenjsko dobo opreme.

Naročite se na vpoglede v tehnično filtracijo

Bodite na tekočem z najnovejšim dogajanjem na področju:

• ✓Elektrostatični filtri (ESP)
• ✓Vrečasti filtri
• ✓Hibridni filtracijski sistemi
• ✓Tehnologije za skladnost z emisijami
• ✓Industrijski inženiring za nadzor prahu

Naročite se na naše novice za strokovne vpoglede in inženirske vodnike APC.

Predlog notranje povezave: Vodnik po industrijskem prahu
Zunanji poziv k delu: Za nadgradnje, posodobitev in rešitve za zmanjšanje emisij se obrnite na Intensiv Filter Himenviro.

POVEZAVA DO ŠTUDIJE PRIMERA TUKAJ