Impactul energiei asupra mediului

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;


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]



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;




[3] TEZ DE DOCTORAT .Contribuii teoretice i experimentale privind filtrarea gazelor

naturale n cmp ultrasonic, Ing.Turc Dumitru



[5] http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/Constructia-si-functionarea-

fi13334.php

Documents

Impactul energiei asupra mediului