Электрофильтры. Конструкции и принцип работы электрофильтров Принцип действия и конструкция очистителя

Любое жилище имеет огромное количество «генераторов» бытовой пыли, среди которых сам человек, мягкая мебель, книги и мягкие игрушки занимают первое место. И чтобы человек не придумывал, все равно пыль производится и ни чего с этим не поделаешь.

В процессе «технической революции» и наполнения наших домов электрическими приборами стали замечать, что некоторые электроприборы имеют свойство притягивать пыль. Исследуя эту особенность, учеными и был разработан электростатический воздухоочиститель. Этот достаточно простой и эффективный прибор стал очень популярен во всем мире и о нем пойдет речь в этой публикации.

Принцип действия и конструкция очистителя

Принцип работы электростатического очистителя воздуха достаточно прост: на электроде создается коронирующий заряд, который производит ионы с определенным зарядом. Заряженные ионы начинают двигаться в сторону противоположно заряженного электрода захватывая по пути молекулы воздуха, пыль, бактерии и пр. После чего все ионы и загрязнения, получившие заряд оседают на электроде, а очищенный воздух поступает обратно в комнату.

Конструктивно, такие очистители состоят из:

В некоторых моделях электростатических воздухоочистителей установлен вентилятор для повышения производительности и для прокачки воздушной смеси через дополнительные ступени фильтрации, если таковые предусмотрены.

Достоинства и недостатки

Основным достоинством таких воздухоочистителей является эффективность очистки воздушных масс от загрязнений, размером менее 1 мкр., при минимальном расходе электроэнергии. Мощность бытовых электростатических очистителей воздуха редко когда превышает 25-45 Вт. Кроме этого, еще одним немаловажным фактором в поддержку использования таких очистителей, можно считать тот факт, что электростатический фильтр не нуждается в замене: время от времени его необходимо снимать и промывать в теплой воде. Воздухоочиститель без сменных фильтров значительно снижает затраты на его эксплуатацию. Если модель очистителя не оснащена вентилятором, то в ней нет движущихся частей, а это значит, что она полностью бесшумна. Это еще один большой плюс электростатическим очистителям.

Теперь немного о недостатках. Почему немного – потому что их действительно всего один, но достаточно серьезный. В процессе работы, такой аппарат производит не только ионы с определенным знаком заряда, а и озон, который является сильнейшим окислителем.

Этот газ в малой концентрации обладает потрясающими обеззараживающими свойствами. Неконтролируемое превращение кислорода в озон может привести к достаточно серьезным последствиям. Наиболее пагубное влияние озон оказывает на:

• Органы дыхания человека.
• Свойства холестерина, придавая ему нерастворимые формы.
• На систему размножения человека, убивая мужские половые клетки и препятствуя их образованию.

В нашей стране озон отнесет к вредным веществам с высшим классом опасности. ПДК содержания озона в воздухе для населенных пунктов составляет 0,03 мг/м 3 .

Правила выбора электростатического воздухоочистителя

В связи со сравнительной дороговизной этого прибора, многие наши соотечественники задают вопрос о том, как его сделать своими руками. Электростатический очиститель воздуха своими руками, конечно изготовить можно и в этом нет ничего сложного: если немного покопаться, в сети можно найти массу схем, инструкций и даже книг. (Одна из них называется «Домашний практик», выпуск 7)

Несмотря на высокое напряжение, можно избежать поражения электрическим токомни, выполняя элементарные требования по технике безопасности. Но, контролировать производство озона в домашних условиях очень сложно или даже практически невозможно. Ввиду высочайшей токсичности озона, мы не рекомендуем собирать электростатический воздухоочиститель своими силами.

Если производитель нее указывает данных по выделению озона, то на такой очиститель не стоит обращать внимание, каким бы привлекательным по стоимости оно ни было.

Электростатический фильтр своими руками. Вряд ли кто-то удивиться, если сказать человеку, что воздух в городах и на некотором расстоянии от них является грязным и вредным для человека. Хотя существуют установленные нормы загрязнения воздуха, совокупность существующих производств нередко превышают эти нормы, а в особых случаях управляющие предприятиями заведомо не соблюдают законодательные акты. К этому их могут принудить сотрудники санэпидемстанции.

Но даже без этого концентрация вредных веществ в воздухе может быть катастрофически большой. Чтобы как-то снизить воздействие вредных веществ, создаются специальные очистительные устройства. Одним из таких устройств является плазменный ионизатор или по-другому - статическ ий фильтр, который защищает от пыли и мелких частиц вплоть до 0.01мкм. Его применяют в промышленности, как признанные самыми эффективными.

Каким принципом действия обладает электрический статическ ий фильтр

Принцип действия основан на ионизировании частиц пыли при помощи магнитного поля и притягивании, этих частиц, к специальным пластинам. Этому методу уже более 100 лет, хотя, конечно же, мощность данных установок с тех пор многократно возросла. Со временем электрический статическ ий фильтр скапливает большое количество пыли, в результате чего необходимо поменять или отчистить фильтр. В бытовых установках это необходимо делать вручную, а в промышленных вариантах применяются специальные автоматические установки.

Область применения данных фильтров широка, как никогда начиная от мелкобытовых устройств и заканчивая огромными заводами и другими промышленными предприятиями. Например, широко применяется электрический статическ ий фильтр на ТЭЦ где необходимо сжигать уголь или на химических предприятиях, где побочным продуктом производства могут оказаться вредные газы. На ТЭЦ из-за сжигания угля, всегда присутствует повышенное содержание золы.

В целом если смотреть шире, то практически на всех предприятиях, работающих по принципу сжигания каких-либо материалов (мусоросжигающие или мазутосжигающие) устанавливают электростатическ ие фильтры. Дело в том, что во время горения в атмосферу выделяется огромное количество вредных веществ. Чтобы атмосфера не загрязнялась необходимо проводить фильтрацию. В химическом производстве фильтры используются несколько иначе.

Конечно, они продолжают выполнять охранительную функцию, но также они улавливают полезные в производстве вещества для возврата их в цепь производства.

Достоинства и недостатки плазменного ионизатора.

Хотя может показаться, что очистка до 65% воздуха является плохим показателем среди всех остальных форм очистки, он является очень высоким при относительной дешевизне. Огромным достоинством является легкое обслуживание, что положительно влияет на снижение расходов. Следующим положительным качеством является возможность очистки очень маленьких частиц, в связи с чем, область и назначение применения весьма широки.

Главный же недостаток установки: при работе он генерирует озон. Хотя это неопасно в малых количествах в случае превышения норм необходимо его заменить. Вторым недостатком можно назвать неполную очистку, в связи, с чем необходимо подходить к очистительным мероприятия ответственно и создавать многоступенчатые системы.

На данный момент - это один из наиболее перспективных методов очистки и постоянно ведется работа над улучшением характеристик плазменных ионизаторов.

Возможность дышать чистым воздухом - это наша физиологическая потребность, залог здоровья и долголетия. Однако, мощные современные производственные предприятия загрязняют окружающую нас среду и атмосферу промышленными выбросами, опасными для человека.

Обеспечение чистоты воздушной среды при выполнении технологических процессов на предприятиях и удаление вредных примесей из нее в быту - вот те задачи, которые выполняют электростатические фильтры.

Первая такая конструкция зарегистрирована патентом США №895729 в 1907 году. Ее автор - Фредерик Коттрелл занимался исследованиями методов отделения взвешенных частиц из газообразных сред.

Для этого он использовал действие основных законов электростатического поля, пропуская газообразные смеси с твердыми мелкодисперсными примесями через электроды с положительным и отрицательным потенциалами. Противоположно заряженные ионы с частицами пыли притягивались к электродам, оседая на них, а одноименные - отталкивались.

Эта разработка послужила прототипом для создания современных электростатических фильтров .

На пластинчатые листовые электроды (принято называть термином «осадительные»), собранные в отдельные секции, и размещенные между ними металлические нити-сетки прикладываются потенциалы противоположных знаков от источника постоянного тока.

Величина напряжения между сеткой и пластинами в бытовых приборах составляет несколько киловольт. У фильтров, работающих на промышленных объектах, оно может быть увеличено на порядок.

Через эти электроды вентиляторами по специальным воздуховодам пропускается поток воздуха или газов, содержащий механические примеси и бактерии.

Под действием высокого напряжения формируется сильное электрическое поле и поверхностный коронный разряд, стекающий с нитей (коронирующих электродов). Он приводит к ионизации прилегающего к электродам воздуха с выделением анионов (+) и катионов (-), создается ионный ток.

Ионы с отрицательным зарядом под действием электростатического поля движутся к осадительным электродам, попутно заряжая встречные примеси. На эти заряды действуют электростатические силы, создающие скопление пыли на осадительных электродах. Таким способом происходит очищение прогоняемого сквозь фильтр воздуха.

При работе фильтра слой пыли на его электродах постоянно увеличивается. Его периодически необходимо удалять. У бытовых конструкций эта операция выполняется вручную. На мощных производственных установках осадительные и коронирующие электроды механически встряхивают для направления загрязнений в специальный бункер, откуда их забирают на утилизацию.

Особенности конструкций промышленного электростатического фильтра

Детали его корпуса могут быть выполнены бетонными блоками или металлическими конструкциями.

На входе загрязненного и выходе очищенного воздуха устанавливаются газораспределительные экраны, которые оптимально направляют воздушные массы между электродами.

Сбор пыли происходит в бункерах, которые обычно создают с плоским днищем и оборудуют скребковым конвейером. Пылесборники изготавливают в форме:

лотков;

перевернутой пирамиды;

усеченного конуса.

Механизмы встряхивания электродов работают по принципу падающего молотка. Они могут располагаться снизу или сверху пластин. Работа этих устройств значительно ускоряет очистку электродов. Лучших результатов достигают конструкции, в которых каждый молоток воздействует на свой электрод.

Для создания высоковольтного коронирующего разряда применяются стандартные трансформаторы с выпрямителями, работающие от сети промышленной частоты или специальные высокочастотные устройства в несколько десятков килогерц. Их работой занимаются микропроцессорные системы управления.

Среди различных типов коронирующих электродов лучше всего работают спирали из нержавеющих сталей, создающие оптимальное натяжение нитей. Они меньше загрязняются, чем все остальные модели.

Конструкции осадительных электродов в виде пластин специального профиля объединяют в секции, создают для равномерного распределения поверхностных зарядов.

Промышленные фильтры для улавливания высокотоксичных аэрозолей

Пример одной из схем работы подобных устройств показан на картинке.

У этих конструкций используется двухкаскадная зона очистки воздуха, загрязненного твердыми примесями или парами аэрозолей. Самые крупные частицы оседают на предварительном фильтре.

В результате происходит коронирующий разряд и зарядка частиц примесей. Продуваемая воздушная смесь проходит через осадитель, в котором вредные вещества концентрируются на заземленных пластинах.

Расположенный после осадителя постфильтр улавливает остатки неосевших частиц. Химкассета дополнительно очищает воздух от оставшихся примесей углекислых и прочих газов.

Осажденные на пластинах аэрозоли просто стекают вниз поддона под действием сил гравитации.

Области применения промышленных электростатических фильтров

Очистка загрязненных воздушных сред используется на:

электростанциях с котлами, сжигающими уголь;

объектах мазутосжигающих производств;

мусоросжигающих заводах;

промышленных котлах химического восстановления;

производственных печах отжига известняка;

технологических котлах сжигания биомассы;

предприятиях черной металлургии;

производстве цветных металлов;

объектах цементной промышленности;

предприятиях переработки сельскохозяйственной продукции и других отраслях.

Возможности очистки загрязненных сред

Диапазоны работы мощных промышленных электростатических фильтров с различными вредными веществами показаны на диаграмме.

Особенности конструкций фильтров в бытовых устройствах

Очистка воздуха в жилых помещениях осуществляется:

кондиционерами;

ионизаторами.

Принцип работы кондиционера демонстрирует картинка.

Загрязненный воздух прогоняется вентиляторами через электроды с приложенным к ним напряжением порядка 5 киловольт. Находящиеся в воздушном потоке микробы, клещи, вирусы, бактерии погибают, а частицы примесей, заряжаясь, пролетают на электроды улавливания пыли и оседают на них.

При этом происходит ионизация воздуха и выделение озона. Поскольку он относится к разряду сильнейших природных окислителей, то все живые организмы внутри кондиционера уничтожаются.

Превышение нормативной концентрации озона в воздухе недопустимо по санитарно-гигиеническим нормам. За этим показателем тщательно следят надзорные органы производителей кондиционеров.

Особенности бытового ионизатора

Прототипом современных ионизаторов послужила разработка советского ученого Чижевского Александра Леонидовича, которую он создал для восстановления здоровья людей, изнуренных в заключении тяжелейшими каторжными работами и плохими условиями содержания.

За счет приложения высоковольтного напряжения к электродам источника, подвешенного к потолку вместо люстры освещения, в воздухе происходит ионизация с выделением полезных для здоровья катионов. Их называли «аэроионами» или «витаминами из воздуха».

Катионы придавали жизненную энергию ослабшему организму, а выделяющийся озон убивал болезнетворных микробов и бактерии.

Современные ионизаторы лишены многих недостатков, которые были в первых конструкциях. В частности, сейчас строго лимитируется концентрация озона, применяются меры к снижению действия высоковольтного электромагнитного поля, используются биполярные устройства ионизации.

Однако, стоит заметить, что многие люди до сих пор путают назначение ионизаторов и озонаторов (производство озона в максимальном количестве), применяя последние не по назначению, чем сильно вредят своему здоровью.

Ионизаторы по принципу своей работы не выполняют все функции кондиционеров и не очищают воздух от пыли.

Каждый современный человек, ценящий свое здоровье, в конце концов, начинает задумываться о качестве воздуха, которым он дышит. Борьба с пылью, табачным шлейфом, а также иными побочными элементами, витающими в окружающей среде, невозможна без использования специального электростатического современного очистителя воздуха.

Все известные электростатические модели созданы для выполнения единой цели – очищение воздуха от пыли и вредных элементов. Однако, сколько существует разновидностей моделей, столько есть различных возможностей приборов.

Критерии выбора очистителей

Осуществляя покупку очистителя воздуха, следует тщательным образом изучить прилагаемую документацию и только после этого из приглянувшихся моделей отдать предпочтение наиболее подходящей. Для правильного и рационального приобретения прибора необходимо заранее знать площадь, кубатуру помещения, причину возникновения неприятного запаха.

Критерии отбора:

1. Площадь обслуживания.
2. Уровень шума. Чем ниже уровень шума, тем дольше можно оставлять рабочим прибор в самом помещении.
3. Потребляемая мощность. В некоторых случаях для поддержания заданного качества воздуха необходимо постоянно держать включенным прибор. Мощность потребляемой энергии показывает, какое количество киловатт будет потрачено для обеспечения должного уровня.
4. Степень очистки. Является самым важным техническим параметром. И количество таковых степеней является прямым показателем качества получаемого воздуха в помещении.

Принцип работы фильтра

Все очистители воздуха могут классифицироваться только в соответствии с используемой конструкцией и набором фильтров, которые для электростатических фильтров не заменяются, а подлежат чистке.

Фильтром в электростатических очистителях воздуха являются две или более пластины, на которые при воздействии преобразователя поступает заданное напряжение для образования устойчивого поля.

Пылинки, которые падают вместе с воздухом в область между пластинами, притягиваются к ним и оседают. Такое условие обязывает владельцев для получения качественной фильтрации воздуха периодически осуществлять чистку увлажнителя , рекомендуемая частота которой указана в технической документации.

Достоинства и недостатки электростатических очистителей

Достоинства приборов

1. Способны уловить все частицы, которые имеют возможность приобретать заряд.
2. Бесшумная работа.
3. Низкий уровень энергопотребления.

Недостатки приборов

1. Невысокая производительность.
2. Очистители продуцируют озон. Высокая концентрация озона является токсичной для человека, которая проявляется в виде головной боли, повышенной утомляемости, приступов астмы и так далее.
3. Плохо сконструированные или сломанные приборы могут образовать опасные соединения для здоровья человека.

В настоящее время на рынке представлено множество моделей электростатических очистителей, различающихся между собой функциональными возможностями, техническими характеристиками, производителями.

Наибольшую популярность относительно надежности и долговечности получили очистители следующих компаний: Daikin, Electrolux, Venta, Tree Air и Boneco. Стоимость большинства моделей этих компаний находится в пределах от 50 до 250 долларов, в зависимости от производительности, сервисных функций и степеней очистки.

В группу аппаратов электрического очистки входят электростатические осадители разного типа, которые традиционно называют электрофильтрами. По конструкции электрофильтры значительно отличаются от электрических п пылеуловителей, применяемых для очистки воздуха и газов, которые улавливают высокодисперсный пыль в значительных концентрациях.

В промышленности широко используют несколько типовых конструкций сухих и мокрых электрофильтров для очистки воздуха от технологических выбросов пыли

На рис 311 и 312 приведены основные виды сухих электрических фильтров

Рис 311. Принципиальная схема сухого двухзональный электрического фильтра : 1 - зона ионизации воздуха, 2 - источник питания 3 - помещу-вальна зона

Рис 312. Схема современного электрофильтра"Пеципитрон" : 1 - решетка для выравнивания потока воздуха 2 - ионизатор 3 - пластины, на которых оседают частицы пыли, 4 - источник высокого напряжения, 5 - подключение к электросети; 6 - подведение электротока напряжением 6 кВ до трубок ионизатора, 7 - подведена шина, 8 - элемент, на котором оседают частицы (общий вид

Опишем принцип работы двухзональный электрического фильтра. Поток очищаемого воздуха сначала проходит через ионизационную зону 1, имеет вид решетки из металлических пластинок с натянутыми между ними сентября ртикальнимы коронирующих электродов из тонкой проволоки. К коронирующих электродам подводится напряжение 13-15 кВ положительного полюса специального питательного электрического агрегата 2, выпрямляет переменный элек рострум и повышает его напряжение. В ионизационной зоне частицы пыли заряжаются. Далее воздух проходит через осадительной зону 3, имеет вид пакета металлических пластинок, установленных параллельно друг к другу на расстоянии от 8 до 12 мм. До пластин через одну подводится напряжение 6,5-7,5 кВ положительного заряда. Пыль осаждается на промежуточных заземленных пластинастинах.

При подаче напряжения на фильтр вокруг коронирующих электродов образуется неоднородное электрическое поле, в результате чего возникает электрический разряд. Электроны, не получили от электрического поля к остатня количества энергии, возвращаются на прежний уровень энергии, отдавая аккумулированную энергию в виде ультрафиолетовых лучей. Вследствие этого коронный разряд вызывает легкое свечение электро родеів.

В металлургической и машиностроительной промышленностях широко используются сухие горизонтальные двухсекционные электрофильтры для очистки воздуха от мелкодисперсной пыли (рис 313)

Сухие электрофильтры типа. УГМ (унифицированные горизонтальные малогабаритные) рекомендуют для тонкой очистки воздуха от пыли различной дисперсности

Мокрые электрофильтры применяют для очистки воздуха от пыли большой дисперсности, частиц смол и др.. На рис 314 изображена конструктивная схема мокрого электрофильтра типа. С. В корпусе 3 установлены и коронирующих и осадительных электродов 2, к которым подводят запыленный воздух через распределительные решетки 1. В верхней части фильтра установлены смоловловлювальни зонты 4. Уловленная на электродах смола сти кает в бункер и через гидро-затвор выводится из аппарата. При загущении смолы аппарат розигриваютрівають.

Эффективность очистки воздуха от пыли электрофильтрах можно определить по формуле. Дейча

где. Рп - удельная поверхность осадительных электродов, равная отношению поверхности осадительных элементов к расходу очищаемого воздуха в м2с/м3;. Соэ - скорость потока воздуха че-

Рис 313. Схема сухого горизонтального электрофильтра : 1 - воздухораспределительные решетка, 2 - электроды, 3 - бункер, 4 - механизм отряхивания

рез электрофильтр. Из формулы (35) следует, что эффективность очистки воздуха в электрофильтрах возрастает с увеличением значения показателя степени соэ ^:

"ОЛР 3,0. ЗД 3,9 4,6

Е 0,95 0,975 0,98 0,99

На эффективность электрофильтров также влияют конструкция ионизаторов, разрядных и осадительных электродов

Конструкция разрядных и осадительных электродов может быть разной. На рис 315 и 316 изображены конструкции различных типов разрядных и осадительных электродов

На эффективность этих электрофильтров негативно влияют следующие факторы:

Возникновение искровых зарядов при опылении осадительных электродов увлажненным пылью, которые могут вызывать электрические пробои и взрыв воздушно-пылевой смеси;

Сметания воздушным потоком с осадительных электродов осевшей пыли;

Рис 314. Схема мокрого электрофильтра типа. С

Обрыв тонких электродов, их вибрация;

Электрические пробои, возникающие вследствие попадания в осадительной зону волокон и крупных частиц пыли и вызывают ямкоподибни воронки осевшей пыли, который выносится воздушным потоком. Движение крупных х вырванных агломератов в мижелектричному пространстве может вызвать дальнейшие пробое. Кроме этого, пробои сопровождаются кратковременным значительным увеличением электрического токму.

Для предотвращения искровым разрядам и пробой регламентирующих величину электронапряжения, подаваемого на осадительных электродов, которая не должна превышать 6,6-7,5 кВ. Для предотвращения сметания и разрывам в осевшей пыли на осадительных электродах рекомендуемая скорость пылевоздушной потока - 2 м /с.

Чтобы частицы пыли успели осесть на заземленном электроде при их движении в осадительной зоне со скоростью воздушного потока в случае их входа в промежуток между пластинами фильтра, длина ихньог го пути должно быть не более

где. Ь - расстояние между помещу тельном пластинками; сол - скорость движения воздушного потока, м / с; ос - скорость сепарации пыли, м / с

При температуре 20 °. С скорость сепарации определяют по формуле

где и - напряжение поля в ионизаторе;. Ь - коэффициент, зависящий от диэлектрической постоянной величины частицы г - постоянная ве-

Рис 315. Конструкции основных типов разрядных электродов

Рис 316. Конструкции основных типов осадительных электродов

величина, зависящая от диэлектрических свойств частицы пыли и ос - электронапряжения на заряженных осадительных элементах; й - диаметр частиц пыли

С формул (36) и (37) видно, что для уменьшения длины осадительных пластинок, а значит, глубины габаритных размеров фильтра в 4 раза без снижения эффективности, межэлектродный пространство необходимо убыв шить в 2 раза. Рекомендуемое расстояние между электродами 8-12 м мм.