Выбор пылеочистного устройства

Пылеочистное устройство выбирают в зависимости от ряда параметров, к числу которых относят: степень требуемой очистки воздуха, величину пылинок, свойства частиц пыли (пыль сухая, волокнистая, липкая, гигроскопичная и т.д.), начальное пылесодержание, а также температуру очищаемого воздуха и ценность частиц пыли.

Пылеочистные устройства делятся на:

• устройства грубой очистки воздуха,
• устройства очистки воздуха средней степени,
• устройства очистки воздуха тонкой степени.

Дмитрий Захаров, Генеральный директор «Экофильтр»

«Рукавные фильтры не очищают от газовой составляющей, только от пыли.
Рукавные фильтры работают с температурой не более 250°С на входе в фильтр. При более высоких температурах требуется охлаждение газов или применение электрофильтров, которые имеют более низкую эффективность очистки по сравнению с рукавными (в 2 и более раз)».

Чтобы эффективно удалить пыль, следует знать ее классификацию. По размеру частиц (дисперсности) бывает:

• мелкая пыль (частицы менее 100 мкм в диаметре);
• средняя пыль (частицы более 100 мкм, но менее 200 мкм);
• крупная пыль (частицы более 200 мкм).

Устройства грубой очистки воздуха применяют чаще всего на стадии предварительной очистки при многоступенчатой очистке воздуха. Они задерживают главным образом частицы крупной пыли.

Устройства средней степени очистки воздуха находят свое использование в тех случаях, когда воздух выбрасывается в атмосферу, при этом остаточное содержание пыли в нем должно быть не более 150 мг/куб. м.

Установка пылеочистки готова к работе

Устройства тонкой степени очистки воздуха применяются для обеспечения остаточного пылесодержания очищенного воздуха на уровне не более 2 мг/куб. м. Они могут задержать пылевые частицы величиной до 10 мкм. Такие устройства следует использовать как для очистки приточного, так и рециркуляционного воздуха, а также для улавливания ценной пыли (например, частиц цветных металлов, муки, цемента и т.п.).

Однородное электрическое поле

Из курса физики мы помним, что вблизи тела, обладающего электрическим зарядом, образуется электрическое поле [2].

Силовой характеристикой поля является напряженность E [Вольт/м или кВ/см]. Напряженность электрического поля – векторная величина (имеет направление). Графически изображать напряженность принято силовыми линиями (касательные к точкам силовых кривых совпадают с направлением вектора напряженности в данных точках), величина напряженности характеризуется густотой этих линий (чем более густо расположены линии – тем большее значение принимает напряженность в этой области).

L=11мм=1.1см;U=11кВ (киловольт; 1киловольт=1000вольт);

На рисунке показано примерное расположение силовых линий. По густоте линий видно, что в большей части пространства межэлектродного промежутка (за исключением области вблизи кромок пластин) напряженность имеет одинаковое значение. Такое равномерное электрическое поле называется

Значит, при напряжении 11кВ напряженность составит 10кВ/см. В данных условиях атмосферный воздух, заполняющий пространство между пластинами, является электрическим изолятором (диэлектриком), то есть не проводит электрический ток, поэтому в электродной системе ток протекать не будет. Проверим это на практике.

На самом деле воздух совсем немного проводит ток

В атмосферном воздухе всегда присутствует [1] небольшое количество свободных носителей зарядов – электронов и ионов, образующихся в результате воздействия естественных внешних факторов – например, радиационного фона и УФ–излучения. Концентрация этих зарядов очень низкая, поэтому плотность тока составляет очень малые значения, такие значения мое оборудование зарегистрировать неспособно.

Оборудование для экспериментов

Для проведения небольших практических экспериментов будет использоваться источник высокого напряжения (ИВН), тестовая электродная система и «измерительный стенд».

Электродная система может быть собрана в один из трех вариантов: «две параллельные пластины», «провод-пластина» или «зубья-пластина»:

Межэлектродное расстояние для всех вариантов одинаковое и составляет 11мм.

Стенд состоит из измерительных приборов:

• вольтметр 50кВ (микроамперметр Pa3 на 50мкА с добавочным сопротивлением R1 1ГОм; 1мкА показаний соответствует 1кВ);
• микроамперметр Pa2 на 50мкА;
• миллиамперметр Pa1 на 1мА.

электрическая схема:

При высоких напряжениях некоторые непроводящие материалы внезапно начинают проводить ток (например, мебель), поэтому все смонтировано на листе оргстекла. Выглядит это безобразие так:

Конечно, точность измерений таким оборудованием оставляет желать лучшего, но для наблюдений за общими закономерностями вполне должно хватить (лучше, чем ничего!). Со вступлениями заканчиваем, приступим к делу.

Предлагаем ознакомиться Гидроизоляция фундамента своими руками: как сделать самому гидроизоляцию фундамента дома

Оборудование для аспирации, фильтрации и пылеудаления

Основным методом захвата и нейтрализации угольной пыли, показавшим максимальную эффективность и простоту организации – является водная фильтрация. Эффективна даже обычная вода, (в противовес химическим жидким агентам), потому, что углерод не демонстрирует никаких свойств химической реактивности, (и сам – в прямом смысле – является фильтрационным материалом).

Вдобавок, аспирация углевых частиц в мокрых фильтрах позволяет – через смачивание – свести к нулю всю возможную опасность, связанную с воспламенением и подрывом газовой / воздушной фазы, содержащей карбоновые микровключения.

Взрыв пыли – углеперерабатывающий участок полностью разрушен, 29 погибших. Новая Зеландия, 2010 год

Пожалуй, наиболее эффективными аппаратами, показывающими исключительный КПД в отношении захвата пылевых включений высокой концентрации, являются скрубберы с подвижной насадкой (с кипящим слоем) и пенные (барботажные абсорберы).

Инженеры и технологи ООО «ПЗГО» долгие годы анализируют особенности пылевых выбросов в различных отраслях промышленности; это позволило создать уникальную линейку мокрых скрубберов и пенных фильтров, отличающуюся повышенной эффективностью, предельной универсальностью, мощностью, надежностью, безотказностью и компактностью.

В базовых чертах принцип работы скруббера с кипящим слоем можно описать так:

1. Посредством напорных вентиляторов забор загрязненной среды производится или локально – от непосредственного источника (станка, пресса, конвейера) – или аспирируется многопоточно через систему воздуховодов, или же централизовано (идет фильтрация всего объема производственной атмосферы цеха, участка, бокса);
2. Запыленный поток подается в рабочую камеру, заполненную т.н. насадкой – массивом полых пропиленовых шариков;
3. Загрязненный поток, подающийся снизу, поднимает шары, заставляя их двигаться, как в аппарате для игры в «Bingo»;
4. Параллельно с этим форсуночный блок, установленный поверх массообменной насадки, орошает шары, точно уравновешивая подъемную силу, генерируемую восходящим потоком запыленного воздуха;
5. Нивелирующие друг друга силы, действующие в противоположных направлениях, приводят насадку в состояние псевдоожиженности / псевдокипения, что позволяет достичь максимального контакта твердых микрочастиц с очищающим агентом, в данном случае – с водой;
6. В результате такой фильтрации достигается высочайший КПД очистки воздуха от угольной пыли / иных микродисперсных компонентов газовоздушной среды;
7. Шламовая пульпа отводится в шламоприемный бункер (возможна комплектация скруббера скребковым транспортером во избежание цементирования пыли в бункере);
8. В дальнейшем шлам может быть утилизирован или уголь может быть извлечен из шлама путем дегидрации и возвращен в производственный цикл.

В воздухоочистителях используются следующие типы фильтров:

1. Предварительной очистки. Обычные сетчатые фильтры, которые используются на первой ступени очистки, задерживают крупные частицы пыли, шерсть животных.
2. HEPA-фильтры. Представляют собой собранную с двух сторон гармошку с микроотверстиями. Справляются со спорами плесени и грибков, шерстью животных, пылевыми клещами.
3. Угольные. Борются с пылью и поглощают запахи при помощи активированного угля.
4. Электростатические (ионные).Работают по принципу ионизации, обеспечивают высокую степень очистки, справляются с микроорганизмами.
5. Фотокаталитические. Очищают воздух при помощи УФ-излучения. Абсолютно обеззараживают комнату от болезнетворных бактерий и канцерогенных веществ.

По мере удаления от коронирующего электрода по направлению вдоль пластин, значение напряженности поля снижается. Условно выделим в межэлектродном промежутке активную область, в пределах которой напряженность поля принимает существенные значения; за пределами этой области необходимые для электрической очистки процессы неэффективны из-за недостаточной напряженности.

Очевидно, что для достижения высоких показателей качества очистки необходимо, чтобы выполнялись условия:

• каждая частица загрязнения должна достигнуть поверхности осадительного электрода;
• каждая частица, достигнувшая осадительного электрода, должна надежно удерживаться на его поверхности до момента ее удаления при чистке.

Напрашивается предположение, что следующие меры должны приводить к повышению качества очистки:

• увеличение скорости дрейфа W;
• снижение скорости воздушного потока Vв.п.;
• увеличение длины S осадительных электродов по ходу движения воздуха;
• уменьшение межэлектродного расстояния L, что приведет к уменьшению расстояния A (которое необходимо преодолеть частице, чтобы достигнуть осадительного электрода).

Наибольший интерес, конечно, вызывает возможность повышения скорости дрейфа. Как было ранее отмечено, она в основном определяется величиной напряженности электрического поля и зарядом частицы, поэтому для обеспечения ее максимальных значений необходимо поддерживать интенсивный коронный разряд, а также обеспечить достаточное время пребывания (не менее 0,1с [2,3]) частицы в активной области промежутка (чтобы частица успела получить значительный заряд).

Предлагаем ознакомиться Монтаж полипропиленовых труб для отопления частного дома

Величина скорости воздушного потока (при постоянном размере активной области) определяет время пребывания частицы в активной области промежутка, и, следовательно, время, отпущенное на процесс зарядки и время, отпущенное на процесс дрейфа. Кроме того, чрезмерное увеличение скорости приводит [3] к возникновению явления вторичного уноса – к вырыванию осажденных частиц с осадительного электрода.

Выбор скорости потока является компромиссом, так как снижение скорости приводит к падению объемной производительности аппарата, а значительное увеличение – к резкому ухудшению качества очистки. Обычно скорость в электрофильтрах составляет [1,3] около 1 м/с (может находиться в пределах 0,5…2,5 м/с).

Аппараты с таким расположением электродов известны как многопольные электрофильтры [4] (в данном случае двухпольный электрофильтр) и применяются в промышленности для очистки больших объемов газов.

Аппараты с таким расположением электродов известны как многосекционные электрофильтры[4] (в данном случае двухсекционный) и применяются в промышленных установках. У данной конструкции увеличена протяженность коронирующего электрода, что может вызвать проблемы с выработкой токсичных газов.

Каждая поступившая в этот многосекционный многопольный электрофильтр частица успевала бы получить максимально возможный заряд, так как в аппарате обеспечивается активная область зарядки большой протяженности. Каждая заряженная частица достигала бы поверхности осадительного электрода, так как в аппарате обеспечена активная область осаждения большой протяженности и уменьшено расстояние, которое необходимо преодолеть частице, чтобы осесть на электроде.

Аппарат без труда справлялся бы и с высокой запыленностью воздуха. Но такая компоновка электродов из-за большой суммарной длины коронирующих электродов будет вырабатывать недопустимо большое количество токсичных газов. Поэтому подобная конструкция совершенно непригодна для использования в устройстве, предназначенном для очистки воздуха, который будет использоваться людьми для дыхания.

В начале статьи была рассмотрена электродная система, состоящая из двух параллельных пластин. Она обладает очень полезными свойствами в случае ее применения в бытовом электрофильтре:

• электрический разряд в электродной системе не протекает (ионизационные процессы отсутствуют), поэтому токсичные газы не вырабатываются;
• в межэлектродном пространстве образуется однородное электрическое поле, поэтому пробойная прочность межэлектродного промежутка выше, чем эквивалентного промежутка с коронирующим электродом.

Благодаря этим свойствам использование данной электродной системы в электрическом фильтре может обеспечить эффективное осаждение заряженных частиц без наработки вредных газов.

Процесс очистки воздуха в модифицированной электродной системе немного отличается – теперь он протекает в 2 стадии: сначала частица проходит коронирующий промежуток с неоднородным полем (активная область 1), где получает электрический заряд, затем поступает в промежуток с однородным электростатическим полем (активная область 2), который обеспечивает дрейф заряженной частицы к осадительному электроду.

Таким образом, можно выделить две зоны: зона зарядки (ионизатор) и зона осаждения (осадитель), поэтому данное решение и получило название — двухзонный электрофильтр [2,3]. Пробойная прочность межэлектродного промежутка осадительной зоны выше [1,2] пробойной прочности промежутка зоны зарядки, поэтому к ней приложено большее значение разности потенциалов U2, что обеспечивает большее значение напряженности электрического поля в этой зоне (активная область 2).

Заключение

В конечном счете, мы пришли к двухзонной электродной системе, обладающей высоким качеством очистки от взвешенных частиц, даже мелких, улавливание которых вызывает наибольшие трудности (низкая способность к зарядке и, следовательно, низкое значение скорости дрейфа) при низком уровне вырабатываемых токсичных газов (при условии использования положительной лавинной короны).

Конструкция имеет и недостатки: при высокой количественной концентрации пыли возникнет явление запирания короны, что может привести к значительному снижению эффективности очистки. Как правило, воздух жилых помещений не содержит такого количества загрязнений, поэтому такой проблемы возникнуть не должно.

По возможности в следующей части будут выложены материалы по конструкции и сборке в домашних условиях полноценного двухзонного электростатического очистителя воздуха.

Огромная благодарность Яне Жировой за предоставленную фотокамеру: без нее качество фото- и видеоматериалов было бы значительно хуже, а фото коронного разряда вообще бы отсутствовали.

Назаров Михаил.