Post on 27-Sep-2015
description
Universitatea Politehnica din Bucuresti
Facultatea de Antreprenoriat, Ingineria si Managementul Afacerilor
Specializare: Ingineria si Managementul Afacerilor
Disciplina: Impactul Energiei Asupra Mediului
Tema proiectului: Reducerea emisiilor de pulberi.
Filtre electrostatice: uscate si umede.
Studenti: Chesaru Iulian
Jugaru Cristian
Grupa 1533B
Cuprins
1. Introducere
2. Influenele nocive ale pulberilor asupra organismului uman i mediului
3. Filtre electrostatice. Uscate si Umede.
4. Functionarea electrofiltrelor
5. Probleme specifice in functionarea filtrelor electrostatice 6. Concluzii
7. Bibliografie
1. Introducere
Concentraia particulelor solide n gazele de ardere, la ieirea din cazan, este dependent de
masa mineral necombustibil a combustibilului, dar i de tehnologia de ardere utilizat, iar la
evacuarea n atmosfer de eficiena instalaiilor de desprfuire cu care este echipat cazanul.
La arderea combustibililor solizi n focare camer cu evacuarea cenuii n stare solid se
antreneaz din focar de ctre gazele de ardere 0,85-0,95 din cenua rezultat la arderea
combustibilului. Coninutul de cenu raportat la starea iniial a combustibiluli este cuprins ntre
20 i 30%.
n principal masa mineral a combustibilului este compus din:materiale silicioase ; sulfai;
sulfii; oxizi, materiale argiloase, carbonai, etc.
n masa mineral a crbunilor se mai gsesc, sub form de compleci organometalici, n
cantiti foarte mici i ali componeni: germaniu, vanadiu, stroniu,bariu, scandiu, cobalt, beriliu,
staniu, bariu, zinc, bismut, mangan, nichel, cupru, argint, crom, molibden, arsen, bor, uraniu,
toriu, galiu, itriu i lantoxidele.
Cenua provine din masa mineral a combustibilului. Ea difer ns de masa mineral att
cantitativ ct i calitativ, dar proprietile ei sunt determinate de compoziia masei minerale.
Analizele de laborator arat c pentru un acelai combustibil compoziia cenuii rezultate este
influenat de condiiile de ardere (aciunea mediului gazos din focar, temperatura din focar,
durata meninerii n focar, dizolvarea parial a zidriei focarului n cenua topit).
Compoziia chimic a cenuii rezultat la arderea lignitului de Rovinari este prezentat n
tabelul de mai jos. [1]
Tabelul 1.Compoziia chimic a cenuii de lignit
Proba
nr.
SiO2 Fe2O3 Al2O3 MgO CaO SO3 W Pierdere la
calcinare
1 48,90 10,90 20,90 2,80 9,70 1,90 0,20 1,40
2 47,10 11,90 21,20 3,30 9,70 1,70 0,34 1,12
3 51,50 10,10 22,50 2,40 6,60 1,15 0,30 1,75
4 49,50 11,10 21,10 3,07 4,40 1,50 0,18 1,80
1. Analele Universitii Constantin Brncui din Trgu Jiu, Seria Inginerie, Nr.3 /2010;
Posibiliti de reducere a emisiei de pulberi la cte Rovinari
2. Influenele nocive ale pulberilor asupra organismului uman i mediului
Principala cale de ptrundere a pulberilor in organism este aparatul respirator. Chiar dac o
cantitate destul de mare de pulberi poate ptrunde n tubul digestiv prin nghiire, consecinele
asupra organismului sunt nensemnate n cazul pulberilor netoxice. Pulberile au dimensiuni prea
mari pentru a trece prin piele i a ptrunde n organism prin aceasta; dar fixarea acestora n
diferite formaiuni ale pielii poate produce anumite modificri locale.
Unele particule pot produce o iritaie mecanic prin forma lor ascuit, neregulat, tioas,
exercitnd un efect traumatic mai ales asupra mucoasei oculare, cnd particulele au dimensiuni
relativ mari.
Aceleai efecte pot sa apar asupra mucoasei cilor respiratorii superioare i ntregului aparat
respirator. Gravitatea tulburrilor provocate de pulberi la nivelul ochilor depinde de mrimea i
de forma particulelor, precum i de structura lor chimica. Prima manifestare este de obicei
lcrimarea, aprut reflex, datorit iritaiei conjunctivei i corneei; ea dureaz atta timp ct se
st n mediu cu praf dar poate persista i dupaceea. Lcrimarea continu poate fi determinat de
leziunile cronice ale conjunctivei.
Aerosolii formai de cenu pot fi toxici n msura n care conin metale grele: crom, nichel,
cadmiu, arseniu, plumb. In general ns cenuile conin n puine cazuri astfel de substane .
Cenua contribuie la murdrirea i degradarea mediului prin depunere i la vehicularea
gazelor nocive (oxidul de carbon de exemplu), purtndu-le la distane mari de locul de emisie.
Probleme deosebite apar n perioadele uscate i cu vnturi cnd apare fenomenul spulberrii
pe haldele de zgur i cenu. Acest fenomen este frecvent n ultima perioad n Romnia cnd
datorit reducerii gradului de utilizare a capacitilor de producie a energiei electrice i termice
produse prin arderea crbunelui haldele de zgur i cenu nu mai sunt meninute umede prin
procesul tehnologic propriu zis.[1]
1. Analele Universitii Constantin Brncui din Trgu Jiu, Seria Inginerie, Nr.3 /2010;
Posibiliti de reducere a emisiei de pulberi la cte Rovinari
3. Filtre electrostatice. Uscate si Umede.
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 (200250 C) si prin
urmare, se pot utiliza si frunale si generatoare de abur;
- au o extrem de mica cadere de presiune(1015 Pa) astfel incat costurile cu energia
electrica consumata de ventilatoare este minima;
- eficienta colectarii este extrem de mare (9499,5%), 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.[2]
[2] http://www.creeaza.com/legislatie/administratie/ecologie-mediu/REDUCEREA-
EMISIILOR-DE-PULBERE571.php
Filtrele electrostatice realizeaz separaia prafului prin ionizarea gazelor purttoare a
particulelor solide i prin urmare, tensiunea de lucru a acestora este ridicat. Ele lucreaz prin
ncrcarea prafului cu ioni i apoi colectarea particulelor ionizate pe o suprafa colectoare, de
form tubular sau plat, care este apoi curat de obicei prin rzuire. Ionizarea are loc sub
aciunea unei tensiuni electrice nalte, care depete constanta dielectric a gazelor n
vecintatea electrozilor de ionizare, producnd fenomenul corona.
Prin urmare, electrofiltrul este format din electrozi de ionizare i electrozi de depunere,
dup forma electrozilor acestea putnd fi cu plci (fig. 1) i tubulare (fig. 2). Filtrele cu plci sunt
ca nite condensatori plani, alctuii din electrozii de depunere 1, ntre ei fiind poziionai
electrozii de ionizare 2, izolai i legai la minus (-). Circulaia gazului natural cu impuriti 3
este orientat printre plci, particulele de praf 4 fiind ionizate ajung pe electrozii de depunere
rmnnd fixate pn la ntreruperea curentului, dup care se ndeprteaz prin rzuire sau prin
vibrare. n mod analog funcioneaz i electrofiltrul tubular.
Pentru creterea eficienei electrofiltrelor, acestea sunt prevzute cu mai multe zone de
lucru, alimentate electric, independent pentru mrirea fiabilitii. Schema de principiu a unui
electrofiltru cu trei zone de lucru este prezentat n figura 3.
Pentru reinerea combinat a prafului i a altor substane gazoase nocive se folosesc filtre
electrostatice umede, la care are loc mai nti stropirea gazului natural impurificat.
Separarea n cmp electric a particulelor de praf comport:
cerea gazului printr-un cmp electric pentru ionizarea moleculelor sale;
mare
pentru ca particulele de praf s capete suprafaa de colectare n cmp electric ;
iculele de praf, coninute n gaz, expuse contactului cu moleculele de gaz ionizate
colecteaz ioni, devin ncrcate cu sarcini electrice i se deplaseaz sub aciunea cmpului
electric;
sub aciunea cmpului electric;
Exist filtre electrostatice, cu un singur etaj, n care ionizarea i colectarea sunt
combinate, i filtre n doua etaje, n care ionizarea i colectarea se realizeaz n pri diferite ale
aparatului.
Performanele filtrelor electrostatice sunt deosebit de bune deoarece:
atorita, n special, ngustrii sau, respectiv, lrgirii, de seciune la
intrare, respectiv la ieire, este de ordinul a 1...2,5 mbar;
de redus, pentru prevenirea riscului de reantrenare
a prafului;
i mrimea particulelor de praf);
e este, mai nti, ridicat, cu ajutorul
unui transformator, dup care se face redresarea cu ajutorul unui redresor mecanic sau electronic.
Fig. 1. Schema de principiu a unui
electrofiltru cu plci:
1 electrozi de depunere;
2 electrozi de ionizare;
3 gaz natural cu impuriti;
4 particule de praf ionizate;
a distana dintre electrozii de
ionizare si cei de depunere;
l lungimea activa a electrozilor de
depunere.
Fig. 2. Filtru electrostatic umed
In cazul precipitatoarelor electrostatice uzuale exista o
valoare a rezistivitatii particulelor peste care
performantele de separare scad ceea ce duce la
reantrenarea particulelor colectate, in interiorul
electrofiltrelor. Pentru a impiedica acest fenomen, s-au
construit anumite electrofiltrele ce utilizeaza un film de
apa cu ajutorul caruia se umezesc depunerile de pe
suprafata electrozilor colectori. Realizarea tehnica a
filtrului este mai complicata datorita sistemului necesar
pentru pomparea si distributia apei. Electrofiltrele cu
film de apa sunt prezente in anumite aplicatii speciale
datorita unor avantaje printre care cele mai importante
sunt: randamentul filtrarii este superior; reantrenarea
particulelor colectate este imposibila (particulele ce se
depun pe suprafetele colectoare, datorita umezirii, se
descarca complet nemaiputand astfel sa reintre in
circuit); performantele de separare sunt independente de
rezisitivitatea depunerilor.[5]
Fig. 3. Schema de principiu a unui electrofiltru cu trei zone:
1 palnie difuzoare;
2 dispozitiv de linistire si uniformizare a curgerii;
3A, 3B, 3C electrozi de depunere grupati in cele 3 tronsoane (A, B, C);
4 electrozi de ionizare;
5 cadre de intindere a barelor de ionizare;
6 camere de colectare praf;
7 evacuare praf;
8 izolatorii electrozilor de ionizare;
9 dispozitiv de scuturare a electrozilor de ionizare prin ciocnire sau vibrare periodic;
10 confuzor de evacuare a gazelor curate.
unui transformator, dup care se face redresarea cu ajutorul unui redresor mecanic sau electronic.
Separatoarele electrostatice pot lucra la temperaturi i presiuni ridicate, pn la 6500C i,
respectiv, pn la 10 bar. Ele sunt scumpe. Cu titlu de comparaie, cu cifrele, indicative,
menionate pentru procedeele anterioare, costul lor este mai mare (Tab. 2).[3]
Tabelul 2. Costul utilizrii unui electrofiltru funcie de eficien
______________________________________________________________________________
[3] TEZ DE DOCTORAT .Contribuii teoretice i experimentale privind filtrarea gazelor
naturale n cmp ultrasonic, Ing.Turc Dumitru
Costul pe m3/minut de gaz tratat [euro] Pentru o eficacitate de:
15 90%
18 95%
30 98%
60-75 99%
4. Functionarea electrofiltrelor
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 4.
Fig. 4. Schema
de principiu
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 0.30.4 m,
viteza de migrare a particulelor de cenusa w pe electrozii de depunere este de 812 cm/s, iar
viteza a gazelor in electrofiltru este de 1.52.5 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 150300 mm si o lungime de
1.52 mm. Uneori sarma este prevazuta cu tepi sau muchii pentru a mari posibilitatea de
strapungere locala a campului.
Filtrele cu placi, prezentate in figura 2, sunt de fapt niste condensatori plani alcatuiti
dintr-o serie de placi paralele, ceconstituie de fapt electrozii de depunere, 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 a electrofiltrului, se poate calcula cu una din relatiile de mai jos:
=1-Ce/Ci=1-e m/s
=1-e (lw/bv)*x
Ce,Ci concentratia la iesirea din electrofiltru, respectiv la intrarea in acesta; m= 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;
= viteza curentului de gaze, continand particule, prin electrofiltru; l= lungimea electrofiltrului;
x= factor de corectie experimental, avand valori de 0.850.9.
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 = 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/3dp
z= numarul mediu de purtatori de sarcina pe particula;
e= sarcina electronului;
E= intensitatea campului electric aplicat;
= vascozitatea dinamica a gazului; dp = 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.
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, 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 4.55 m.
In practica centralelor electrice, in functie de eficienta necesara a filtrului si dependent de felul combustibilului, se folosesc 23 zone pentru huila, 34 zone pentru lignit si 56 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.[4]
[4] http://www.creeaza.com/legislatie/administratie/ecologie-mediu/REDUCEREA-
EMISIILOR-DE-PULBERE571.php
5. Probleme specifice in functionarea filtrelor electrostatice
Miscarea particulelor in interiorul unui filtru electrostatic depinde de mai multi factori, de
obicei grupati in doua categorii:
cei de natura electrica (distributia campului electric, densitatea si repartitia sarcinii ionice
spatiale dintre electrozi) ce determina intr-o buna masura o alta marime esentiala ce intervine in procesul de separare electrostatica si anume, sarcina electrica acumulata de particule in cursul
deplasarii lor in interiorul precipitatorului, si
cei care reunesc toate caracteristicile curgerii gazului factori aerodinamici: diferenta de presiune intre intrarea si iesirea electrofiltrului, gradul de turbulenta a gazului etc. Cercetarile
realizate pana in prezent indica faptul ca structura de curgere a gazului este specifica fiecarui
electrofiltru in parte. Studiul aspectelor aerodinamice necesita o buna cunoastere a dependentelor
existente intre structura de curgere a gazului si fenomenele legate de producerea descarcarilor
corona (injectia de sarcina ionica, repartitia campului electric, etc.). Ciocnirile intre moleculele
neutre de gaz si ionii accelerati de campul electric conduc la aparitia asa numitului fenomen de
vant ionic o miscare a gazului orientata dinspre planul electrozilor de ionizare catre placile colectoare.
In prezenta curgerii principale a gazului (data de gradientul de presiune intrare-iesire),
fortele electrice ce se exercita asupra ionilor si particulelor incarcate cu sarcina determina
aparitia unei curgeri secundare a gazului. Miscarea rezultanta a gazului in precipitator este, deci,
rezultatul interactiunii dintre curgerea primara si aceasta curgere secundara data de densitatea de
volum a fortei electrice.
Aceasta curgere foarte complexa a gazului portor are o influenta mare asupra procesului
de incarcare cu sarcina electrica a particulelor si, deci, in final, asupra captarii particulelor.
Conditiile electrice depind de forma geometrica a electrozilor si de polaritatea
potentialului aplicat. Campul electric intens din vecinatatea acestor electrozi conduce la aparitia
descarcarilor corona responsabile de crearea sarcinii spatiale ionice.
Calculul unei sarcini electrice a unei particule necesita cunoasterea intensitatii campului
electric, a densitatii sarcinii libere cat si a altor factori care pot influenta traiectoria acestei
particule. Exista mai multe modele ce permit calculul sarcinii unei particule sferice, dar,
deocamdata, masurarile experimentale ce permit calibrarea acestor modele nu sunt foarte
precise.
In momentul de fata se cunosc doi parametri principali care influenteaza direct
eficacitatea colectarii: viteza medie a gazului si intensitatea turbulentei. Turbulenta nu este
generata doar de diferenta de presiune la intrarea si iesirea din filtru, ci si de fenomenele asociate
descarcarilor corona si miscarii particulelor in camp electric.
Ciocnirile dintre moleculele neutre de gaz si ionii accelerati de campul electric determina
in absenta curgerii axiale a gazului aparitia vantului ionic o miscare a gazului de la electrozii ionizati catre placile colectoare. Curgerea rezultanta a gazului va fi, in consecinta, rezultatul
interactiunii celor doua. Momentan, intensitatea turbulentei este adesea calculata sau masurata in
situatiile particulare care insa ofera informatii relativ restranse valabile in cazul precipitatoarelor
industriale.
Avand la baza aceste principii cat si observarea directa a functionarii catorva filtre
electrostatice, s-au elaborat mai multe modele de studio a functionarii precipitatoarelor
electrostatice. In trecut, au fost create modele teoretice simple care au fost utilizate mai bine de o
jumatate de secol pentru proiectarea si dimensionarea electrofiltrelor. Odata cu dezvoltarea
instrumentelor de calcul, au fost elaborate modele mai rafinate, care iau in considerare mai
multe fenomene prezente in procesul de filtrare electrostatica.
In urma celor amintite mai sus, retinem cateva observatii mai importante care vor fi avute
in vedere in continutul acestei lucrari:
precipitatoarele electrostatice reunesc fenomene electrice, aerodinamice si mecanice
strans legate intre ele;
simularea functionarii unui electrofiltru necesita crearea unor modele care permit
calculul ansamblului de marimi electrice si aerodinamice.
Influenta repartitiei gazului
Studiile experimentale asupra functionarii electrofiltrelor au permis punerea in evidenta a
influentei vitezei gazului asupra performantelor de filtrare. Astfel, o repartitie neuniforma a
curentilor de gaz poate duce la viteze locale mari si astfel la zone cu eficacitate redusa.
Dupa Bump, nimic nu poate reduce performantele unui filtru mai mult decat repartitia
neuniforma a gazului. Ori, majoritatea instalatiilor industriale prezinta obstacole in amonte de
filtru, favorizand astfel o distributie aerodinamica neuniforma. Pentru a reduce aceasta problema,
se folosesc grilaje de ghidare puse la intrarea in electrofiltru cu scopul de a redresa curentii de
gaz
Pe langa cresterile foarte mari ale vitezei locale a gazului care pot sa apara in anumite
puncte, o repartitie neuniforma a gazului poate duce la o slabire a performantelor filtrului astfel:
- o repartitie neuniforma a concentratiei de particule, ce duce la o aglomerare locala a impuritatilor in zonele in care viteza gazului este mare si, implicit, rezulta o scadere a
performantelor de filtrare;
- cresterea riscului de reantrenare a particulelor datorita fortelor locale de smulgere. Dupa Bump, in anii 60-70, o treime din particulele tratate au fost reantrenate in filtre
datorita repartitiei neuniforme a gazului. Pentru a minimaliza acest efect, s-a modificat
geometria electrodului colector ca in Figura 6:
Figura 6 Schema conductelor de la intrarea si iesirea din electrofiltru.
Conform Griesco & Fortune, in practica, curgerea gazului in interiorul unui electrofiltru
se considera ca fiind in parametri optimi daca 85 % dintre vitezele locale (ale particulelor fluide)
au o abatere de 25% fata de viteza medie (integrata pe toata sectiunea transversala a
electrofiltrului) de curgere a gazului si daca nici una dintre acestea nu depaseste o abatere
maxima de 40% din viteza medie.
Influenta stratului de particule colectate asupra functionarii electrofiltrelor
Fenomenele ce au loc in stratul de particule colectate prezinta o importanta majora,
acestea facand obiectul a numeroase studii teoretice si experimentale.
Pentru ca particulele aflate in camp electric sa se depuna pe electrozii colectori, este
necesar ca acestea sa fie suficient de aderente intre ele si cu peretii electrozilor. Stratul de
particule depuse scade numarul de ioni formati intr-o prima faza si se opune creeri de noi ioni
intr-o a doua faza, printr-un fenomen ce poarta numele de contra-emisie.
Caderea de tensiune datorata prezentei stratului de particule depus pe electrozii colectori este:
unde: reprezinta rezistivitatea stratului depus, grosimea acestuia si densitatea
curentiului ionic.
Pentru particule cu rezistivitatea scazuta, functionarea filtrului nu este foarte mult
afectata. Totusi, prin cresterea , ionii creati de descarcarea corona sunt mai greu evacuati
catre electrozii de colectare ceea ce duce la acumularea unei sarcini electrice in stratul de
particule depus. Pentru rezistivitati ridicate ( ) se poate produce o scadere a
tensiunii de mai multi kilovolti de indata ce grosimea paturii ajunge la cativa milimetri
(densitatile uzuale de curent sunt cuprinse intre 0,1 si 0,5 mA/m2). In acest caz, se poate ca
descarcarea corona sa inceteze datorita faptului ca intensitatea campului electric nu este
sufficient de mare pentru a intretine multiplicarea electronica.
Cand grosimea stratului de particule depuse creste, devine superioara tensiunii
disruptive a gazului din patura, ceea ce duce la strapungerea acestuia si la creerea unor mici
cratere. Gazul ionizat este conductor iar canalele astfel formate diminueaza tensiunea
disruptiva intre electrozi ceea ce duce la aparitia arcului electric, cu distrugerea locala a
depunerii. Acest fenomen poarta numele de contra-emisie. Randamentul de filtrare poate sa
creasca prin antrenerea particulelor depuse (formarea craterelor) si producerea de ioni de semn
opus celor produsi de descarcarea principala, diminuand astfel procesul de incarcare a
particulelor.
Mentionam si faptul ca rezistivitatea electrica a stratului de particule depus variaza
considerabil cu temperatura si umiditatea gazului. Dupa Contal, daca variatia este superioara
unei rezistivitati critice de , depunerea devine ineficace.
In anumite cazuri, zona operationala defavorabila se gaseste in gama temperaturii de
functionare. Astfel, se va proceda la scaderea temperaturii fluidului portor, la cresterea
continutului de apa in gaz sau la injectarea SO3, NH3, H2SO4, etc., care permit scaderea
rezistivitatii.
Influenta concentratiei de particule asupra functionarii electrofiltrelor
O concentratie mare de particule poate avea consecinte negative asupra performantelor
unui electrofiltru. Printre acestea, cele mai importante sunt modificarea repartitiei spatiale a
campului electric si inabusirea descarcarii corona.
Atata timp cat particulele din interiorul precipitatorului se incarca cu sarcina electrica si
de deplaseaza intre electrozii acestuia, ele participa la stabilirea unui curent electric. Cum
mobilitatea acestor particule solide este de aproximatix 100 de ori mai mica decat a ionilor,
crestrea concentratiei de particule are drept efect imediat creerea unei sarcini spatiale mai putin
mobile in spatiul dintre electrozi. Fenomenul in cauza poate fi privit practic ca o diminuarea a
mobilitatii ionilor :
unde: J si Jpart sunt densitatile curentului ionic si
respectiv celui particular, ke este mobilitatea ionilor in aer
si kef mobilitatea echivalenta in prezenta particulelor.
Astfel, pentru aceeasi valoare a potentialului electric aplicat electrozilor de ionizare,
performantele de filtrare vor fi mai reduse. Pentru a mentine un curent constant, este necesara
cresterea potentialului cu un [8,6]:
,
cu: - sarcina spatiala particulara.
Cat timp concentratia de particule in interiorul electrofiltrului este importanta, curentul de
ionizare este scazut, conducand cateodata la stingerea descarcarii corona. Mentinerea unui camp
electric suficient de intens necesita o crestere a tensiunii. O concentratie ridicata poate favoriza
strapungerea intre electrozi (riscurile unei explozii pot aparea cand concentratia de particule in
aer are valori cuprinse intre 20 si 100 gm-3
). Pentru concentratii mari, care contin un procent
important de particule fine, exista un mare interes in divizarea electrofiltrului in mai multe parti
separate una de cealalta, in functie de traiectoria gazului, parti ce au fiecare un camp electric
distinct. Va fi astfel posibila utilizarea tensiunii si intensitatii adaptate concentratiei de particule
depuse.
Efectul produs de reantrenarea particulelor
Reantrenarea particulelor colectate este de obicei asimilata fenomenului de erodare [9]. In
cazul electrofiltrelor, se pot distinge cinci efecte importante:
- interactiunea directa dintre fluxul de gaz si stratul de particule depus pe electrozi; - antrenarea particulelor, datorita curgerii gazului, in momentul in care acestea sunt
inlaturate de pe suprafata electrozilor de depunere si cad datorita gravitatiei in buncarele
situate in partea inferioara a electrofiltrului. Operatia de inlaturare a acestor particule se
face in vederea evitarii 'colmatajului' (incarcarii peste limita) placilor colectoare si, de
asemenea, pentru a limita fenomenul de contra-emisie ;
- maturarea particulelor din cosul de depuneri din cauza unei distributii neadecvate a curgerii;
- strapungerea electrica intre electrozi, ce poate provoca o detasare a unei parti din depunere;
- contra-emisia, care altereaza depunerea si o fragilizeaza.[5]
[5] http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/Constructia-si-functionarea-
fi13334.php
7. Bibliografie
[1] Analele Universitii Constantin Brncui din Trgu Jiu, Seria Inginerie, Nr.3 /2010;
Posibiliti de reducere a emisiei de pulberi la cte Rovinari
[2] http://www.creeaza.com/legislatie/administratie/ecologie-mediu/REDUCEREA-
EMISIILOR-DE-PULBERE571.php
[3] TEZ DE DOCTORAT .Contribuii teoretice i experimentale privind filtrarea gazelor
naturale n cmp ultrasonic, Ing.Turc Dumitru
[4] http://www.creeaza.com/legislatie/administratie/ecologie-mediu/REDUCEREA-
EMISIILOR-DE-PULBERE571.php
[5] http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/Constructia-si-functionarea-
fi13334.php