Электростатические фильтры для очистки воздуха

Виды и причины загрязнённости газовых смесей

Пыль является самым распространённым на Земле компонентом окружающей среды. В природе существует много разных источников пыли. Поэтому она всегда присутствует в воздухе и проникает в помещения. Основной источник – это поверхность земли и ветер. Причём даже в нежилых и заброшенных помещениях спустя определённое время всё покрывается слоем пыли, которую ветер задувает в них через самые мельчайшие щели. Следовательно, в воздухе всегда есть частички маленькие настолько, что без специальных мер защиты от них невозможно избавиться.

Деятельность человека существенно увеличивает пылевое загрязнение атмосферы. Это хорошо заметно в крупных городах. Даже при отсутствии крупных производств в них скопления автотранспорта являются заметными загрязнителями воздуха. А некоторые технологические процессы являются настолько мощными загрязнителями атмосферы, что без специальной фильтрации не используются. Поэтому очистка воздуха на любом предприятии является одним из основных процессов, который связан с главным производством.

Размеры частиц, которые порождает хозяйственная деятельность человека, изменяются от долей миллиметра до размеров молекул. При этом они находятся в различных агрегатных состояниях:

• в виде мельчайших капель, это туман, и дым, которых за год в мире выбрасывается порядка 150 миллионов тонн,
• в виде твёрдых частиц, это пыль, которая поступает в атмосферу в количестве примерно 1 кубический километр по всему миру в целом.

Какие проблемы создаёт пыль и как их устранять?

И главная проблема этих выбросов не в том, что они добавляют грязи в квартире, оседая на полу, а также на всех поверхностях мебели и других предметов. Они опасны для здоровья. Причём в некоторых случаях у людей возникают профессиональные заболевания, связанные с продолжительным трудовым стажем в условиях повышенной запылённости. На производстве также пыль является в ряде случаев потенциально взрывоопасной. Не меньшей проблемой на некоторых производствах являются потери продукта, который теряется в виде пыли. В основном это имеет отношение к порошкам, которые при перемещении создают очень большое количество пыли. На некоторых предприятиях можно потерять таким путём до 5% продукта.

Очистку воздуха или газов от нежелательных мельчайших загрязнений выполняют специальные фильтры. Через них пропускается загрязнённый воздух или газ. Взвешенные в нём частицы осаждаются в соответствии с размером и конструкцией фильтра. Для наиболее мелких загрязнителей применяется электростатический фильтр. Его работа основана на взаимодействии заряженных частиц и электродов, которые создают электростатическое поле. Оно и заряжает частицы, от которых необходимо избавиться при помощи электрической фильтрации.

Чем дольше очищаемый газ подвергается воздействию поля, тем лучше качество его очистки. По энергетической эффективности электрическая очистка одна из лучших. Затраты энергии на создание электростатического поля относительно невелики, а перемещение очищаемого газа через фильтр также требует немного энергии. На 1000 куб. м газа обычно расходуется от 0,1 до 0,5 кВт*ч. Для любого фильтра существует такой параметр как его гидравлическое сопротивление. Оно у электростатических очистителей лежит в пределах от 100 до 150 Па, что существенно меньше, чем у других конструкций.

Качество электрической очистки почти стопроцентное. Причём нет существенной разницы результатов очистки между различными концентрациями загрязнённости и размерами фильтруемых частиц. Важными свойствами электрической очистки является возможность обработки влажных газов и химически активных газовых сред с температурами от отрицательных значений до 500 градусов по Цельсию включительно при значительных обрабатываемых объемах, которые исчисляются сотнями тысяч кубометров.

Особенности электрической очистки

При более низких температурах процесс электрической фильтрации происходит более эффективно. Это объясняется свойствами газов и увеличением влажности. В охлаждённом газе частицы испытывают меньшее сопротивление. Коронный разряд в охлаждённом газе более устойчив и мощен, что увеличивает пропускную способность фильтра. От скорости движения потока зависят его размеры и скорость процесса электрической фильтрации.

Однако имеются и недостатки. Электростатические фильтры нуждаются в большой стабильности параметров процесса очистки. Конструктивно они громоздки и металлоёмки. Требуется квалифицированный персонал, как для сборки, так и для их обслуживания. Электростатическое поле слабо заряжает частицы с большим электрическим сопротивлением. Поэтому такие разновидности пыли плохо удаляются ими.

В процессе электрической фильтрации могут возникать искры, которые будут воздействовать на фильтруемый газ при его взрывоопасности. Поэтому очищать таким способом допустимо только негорючие газы и смеси газов. Электрическое поле оказывает на молекулы газа сильное воздействие. Если газы или смеси газов могут вступать в электрохимические реакции с выделением нежелательных продуктов их также нельзя фильтровать электрическим способом. Устройство электростатического фильтра показано на схематическом изображении далее.

Коронирующий электрод с постоянным потенциалом быстро сообщает заряд частицам пыли. Эти зарядившиеся частицы в течение нескольких секунд притягиваются к осадительному электроду и остаются на нём в виде слоя пыли. По мере накопления и увеличения толщины слоя на электродах они очищаются встряхиванием или смыванием. Знак заряда на электроде имеет значение.

Коронирующий электрод с положительным потенциалом выделяет меньше озона при фильтрации загрязнённого воздуха. Однако при отсутствии требований к наличию озона используется коронирующий электрод с отрицательным потенциалом. При этом фильтр функционирует более стабильно, подвижность ионов с отрицательным знаком выше, а его электрическая мощность и как следствие очистная эффективность получается больше.

Конструктивные разновидности электростатических фильтров

Конструктивно фильтр наиболее часто выполнен по коаксиальной схеме. В ней заземлённый осадительный электрод охватывает стержень или проволоку, которая являются коронирующим электродом. Между электродами создаются постоянное напряжение в пределах от 30 до 60 киловольт. Помимо коаксиальной трубчатой конструкции фильтры могут быть изготовлены с пластинчатыми осадительными электродами.

По расположению электростатические очистители воздуха могут быть либо горизонтальными, либо вертикальными. Вертикальные конструкции требуют меньше места для своего размещения. Горизонтальные фильтры обычно являются многозвенными и применяются для поэтапной очистки. В данном случае определяющим является направление движения очищаемого потока. Способ очистки фильтра от накапливающейся грязи также связан с его конструктивным расположением. Смывание грязи делается в фильтрах с вертикальным расположением. Они также называются «мокрыми». Они в основном применяются на химических производствах для фильтрации кислот и прочих вредных химических соединений. Горизонтальные очистители воздуха очищаются встряхиванием и называются «сухими». Один из таких промышленных фильтров показан на изображении далее.

В состав конструкции электрофильтров входят также устройства для распределения газа, изоляторные блоки, механизмы удаления накопившейся грязи встряхиванием или смыванием. Некоторые из этих устройств показаны на изображении выше. Электрическая фильтрация применяется не только на производстве. Во многих кондиционерах предназначенных для климатического контроля офисных и жилых помещений присутствует встроенный электростатический очиститель воздуха. Электрическая фильтрация это самый эффективный способ борьбы за чистоту воздуха, которым мы дышим.