Filtry elektrostatyczne — urządzenie, zasada działania, obszary zastosowania

Możliwość oddychania świeżym powietrzem to nasza potrzeba fizjologiczna, gwarancja zdrowia i długowieczności. Jednak potężne nowoczesne przedsiębiorstwa przemysłowe zanieczyszczają środowisko i atmosferę emisjami przemysłowymi, które są niebezpieczne dla ludzi.

Zapewnienie czystości powietrza podczas procesów technologicznych w przedsiębiorstwach i usuwanie z niego szkodliwych zanieczyszczeń w życiu codziennym – to zadania, które spełniają filtry elektrostatyczne.

Pierwszy taki projekt został zarejestrowany w patencie USA nr 895729 w 1907 roku. Jego autor, Frederick Cottrell, zajmował się badaniem metod oddzielania zawieszonych cząstek od ośrodków gazowych.

W tym celu wykorzystał działanie podstawowych praw pola elektrostatycznego, przepuszczając mieszaniny gazowe z drobnymi zanieczyszczeniami stałymi przez elektrody o dodatnim i ujemnym potencjale. Przeciwnie naładowane jony z cząstkami pyłu są przyciągane do elektrod, osadzają się na nich, a jony o tej samej nazwie są odpychane.

Ten rozwój posłużył jako prototyp do stworzenia nowoczesnych filtrów elektrostatycznych.

Potencjały o przeciwnych znakach ze źródła prądu stałego przykładane są do płytkowych elektrod arkuszowych (powszechnie określanych jako „wytrącanie”), zmontowanych w oddzielnych sekcjach i umieszczonych pomiędzy nimi siatkami z włókien metalowych.

Wielkość napięcia między siecią a płytami w urządzeniach gospodarstwa domowego wynosi kilka kilowoltów. W przypadku filtrów pracujących w obiektach przemysłowych można go zwiększyć o rząd wielkości.

Poprzez te elektrody wentylatory przepuszczają przez specjalne kanały strumień powietrza lub gazów zawierających zanieczyszczenia mechaniczne i bakterie.

Pod wpływem wysokiego napięcia powstaje silne pole elektryczne i z włókien (elektrod koronowych) wypływa powierzchniowe wyładowanie koronowe. Prowadzi to do jonizacji powietrza przylegającego do elektrod z uwolnieniem anionów (+) i kationów (-), powstaje prąd jonowy.

Jony o ładunku ujemnym pod wpływem pola elektrostatycznego przemieszczają się do elektrod zbiorczych, jednocześnie ładując liczniki zanieczyszczeń. Na ładunki te działają siły elektrostatyczne, które powodują gromadzenie się kurzu na elektrodach zbiorczych. W ten sposób powietrze przepływające przez filtr jest oczyszczane.

Podczas pracy filtra warstwa pyłu na jego elektrodach stale się powiększa. Okresowo należy go usuwać. W przypadku konstrukcji domowych operacja ta jest wykonywana ręcznie. W potężnych zakładach produkcyjnych elektrody osadcze i korona są mechanicznie potrząsane, aby skierować zanieczyszczenia do specjalnego leja, skąd są usuwane w celu utylizacji.

Cechy konstrukcyjne przemysłowych elektrofiltrów

Detale jego nadwozia mogą być wykonane z bloków betonowych lub konstrukcji metalowych.

Na wlocie powietrza zanieczyszczonego i na wylocie powietrza oczyszczonego instalowane są ekrany dystrybucji gazu, które optymalnie kierują masy powietrza pomiędzy elektrodami.

Odpylanie odbywa się w silosach, które są zazwyczaj płaskodenne i wyposażone w przenośnik zgrzebłowy. Odpylacze produkowane są w postaci:

• tace;

• Odwrócona piramida;

• ścięty stożek.

Mechanizmy wstrząsania elektrod działają na zasadzie spadającego młotka. Mogą być umieszczone pod lub nad płytami. Działanie tych urządzeń znacznie przyspiesza czyszczenie elektrod. Najlepsze wyniki osiąga się przy konstrukcjach, w których każdy młotek działa na inną elektrodę.

Aby wytworzyć wyładowanie koronowe wysokiego napięcia, stosuje się standardowe transformatory z prostownikami pracującymi z przemysłowej sieci częstotliwości lub specjalne urządzenia o wysokiej częstotliwości kilkudziesięciu kiloherców. W ich pracę zaangażowane są mikroprocesorowe układy sterujące.

Spośród różnych typów elektrod wyładowczych spirale ze stali nierdzewnej najlepiej sprawdzają się w celu uzyskania optymalnego napięcia żarnika. Są mniej zanieczyszczone niż wszystkie inne modele.

Konstrukcje elektrod zbiorczych w postaci płytek o specjalnym profilu łączone są w sekcje stworzone dla równomiernego rozkładu ładunków powierzchniowych.

Filtry przemysłowe do wychwytywania bardzo toksycznych aerozoli

Przykład jednego ze schematów działania takich urządzeń pokazano na zdjęciu.

Struktury te wykorzystują dwustopniową strefę oczyszczania powietrza zanieczyszczonego zanieczyszczeniami stałymi lub oparami aerozolu.Największe cząsteczki osadzają się na filtrze wstępnym.

Strumień jest następnie kierowany do jonizatora z drutem koronowym i płytkami uziemiającymi. Około 12 kilowoltów jest dostarczane z jednostki wysokiego napięcia do elektrod.

W rezultacie dochodzi do wyładowania koronowego i cząstki zanieczyszczeń zostają naładowane. Wdmuchiwana mieszanina powietrza przechodzi przez filtr, w którym na uziemionych płytach gromadzone są szkodliwe substancje.

Filtr końcowy umieszczony za odpylaczem wychwytuje pozostałe nieosadzone cząstki. Wkład chemiczny dodatkowo oczyszcza powietrze z pozostałych zanieczyszczeń w postaci dwutlenku węgla i innych gazów.

Aerozole naniesione na płytki po prostu spływają po szybie pod wpływem grawitacji.

Zastosowania przemysłowych elektrofiltrów

Oczyszczanie zanieczyszczonego powietrza znajduje zastosowanie w:

• elektrownie napędzane węglem;

• miejsca do produkcji oleju opałowego;

• spalarnie odpadów;

• kotły przemysłowe do odzyskiwania chemikaliów;

• przemysłowe piece wapienne;

• kotły technologiczne do spalania biomasy;

• przedsiębiorstwa hutnictwa żelaza;

• produkcja metali nieżelaznych;

• tereny przemysłu cementowego;

• przedsiębiorstwa rolne i inne gałęzie przemysłu.

Możliwości oczyszczenia zanieczyszczonego środowiska

Schematy działania potężnych przemysłowych filtrów elektrostatycznych z różnymi szkodliwymi substancjami pokazano na schemacie.

Charakterystyka konstrukcji filtrów w urządzeniach gospodarstwa domowego

Oczyszczanie powietrza w pomieszczeniach mieszkalnych odbywa się:

• klimatyzatory;

• jonizatory.

Zasada działania klimatyzatora pokazano na zdjęciu.

Zanieczyszczone powietrze jest napędzane przez wentylatory przez elektrody, do których przyłożone jest napięcie około 5 kilowoltów. Drobnoustroje, roztocza, wirusy, bakterie znajdujące się w strumieniu powietrza giną, a cząsteczki zanieczyszczeń, naładowane, lecą do elektrod odpylających i osadzają się na nich.

W tym samym czasie następuje jonizacja powietrza i uwolnienie ozonu. Ponieważ należy do kategorii najsilniejszych naturalnych utleniaczy, wszystkie organizmy żywe w klimatyzatorze ulegają zniszczeniu.

Przekroczenie normatywnego stężenia ozonu w powietrzu jest niedopuszczalne według norm sanitarno-higienicznych. Wskaźnik ten jest ściśle monitorowany przez organy nadzoru producentów klimatyzatorów.

Charakterystyka domowego jonizatora

Prototypem nowoczesnych jonizatorów jest rozwój radzieckiego naukowca Aleksandra Leonidowicza Czyżewskiego, który stworzył w celu przywrócenia zdrowia ludziom wyczerpanym w więzieniu najcięższą ciężką pracą i złymi warunkami przetrzymywania.

Dzięki przyłożeniu wysokiego napięcia do elektrod źródła zawieszonego pod sufitem zamiast oświetlenia żyrandola, w powietrzu zachodzi jonizacja z uwolnieniem zdrowych kationów. Nazywano je „jonami powietrza” lub „witaminami powietrza”.

Kationy dodają osłabionemu organizmowi energii życiowej, a uwolniony ozon zabija chorobotwórcze drobnoustroje i bakterie.

Współczesne jonizatory pozbawione są wielu niedociągnięć, które były w pierwszych konstrukcjach. W szczególności obecnie ściśle ogranicza się stężenie ozonu, podejmuje się działania mające na celu ograniczenie wpływu pola elektromagnetycznego o wysokim napięciu oraz stosuje się bipolarne urządzenia jonizacyjne.

Warto jednak zauważyć, że wiele osób nadal myli przeznaczenie jonizatorów i ozonatorów (wytwarzanie ozonu w maksymalnej ilości), wykorzystując te drugie do innych celów, które bardzo szkodzą ich zdrowiu.

Zgodnie z zasadą działania jonizatory nie spełniają wszystkich funkcji klimatyzatorów i nie oczyszczają powietrza z kurzu.