تحقیق در مورد فیلترهای الگتریگی

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل : .doc ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 6 صفحه

قسمتی از متن .doc :

فیلترهای الکتریکی (Electrostatic precipitators)

مقدمه:

فیلترهای الکتریکی از نظر نوع کاربرد در ردیف دستگاههای کنترل کننده ذرات جامد و قطرات مایع قرار می‌گیرد. این ذرات غالباً در ابعادی در فرایند تولید بعضی از کارخانجات مختلف صنعتی تولید می‌شوند. هرگاه بدلیل ضرورت فرآیندی این ذرات و قطرات در مسیر موافق و یا مخالف جراینهای گازی قرار گیرد قسمتی از این ذرات به داخل جریان گاز یا هوا منتقل می‌شود و در اکثر مواقع به دلایل مختلف لازم است در مرحله‌ای دیگر از خط تولید این ذرات و یا قطرات از مسیر جریان گاز جدا گردند.

برگشت دوباره مواد به چرخه تولید، جلوگیری از ورود ذرات گاهی با سختی بالا به قسمتهای مختلف تنها یا دیگر ماشینهای متجرک به منظور ممانعت از خوردگی سایشی و یا جلوگیری از فرسایش قطعات متحرک پرسرعت صنعتی مانند پره‌های توربین در اثر برخورد با ذرات جامد از علل مهم این جداسازی هستند که عموماً جنبه اقتصادی دارند.

جلوگیری از آلودگی هوا و پیشگیری از ورود ذرات به هوای مورد تنفس مردم فیزیکی دیگر از این دلایل است که بیشتر از نقطه نظر زیست محیطی دارای اهمیت است و ممکن است در کوتاه مدت انجام آن برای کارخانجات سودی دربرنداشته باشد. اما به دلیل روند رو به تزاید ورود ذرات ناشی از فعالیت‌های صنعتی به هوای شهرها که گاهی سلامت مردم رابه مخاطره انداخته است. قوانینی برای جلوگیری از کار کارخانجات آلوده ساز وضع شده و آنان را ملزم به استفاده از دستگاههای کنترل کننده ذرات جامد در جریان کارها می‌نماید.

متأسفانه صنعت کنترل آلودگی هوا متناسب با پیشرفتهای صنعتی شگرفی که بشر در حال حاضر به آن دیت یافته متکامل نگردیده است .عدم تکامل دستگاههای کنترل کننده ذرات متناسب با تکامل کارخانجات تولید کننده آنها سبب افزایش آهنگ آلودگی هوا در کره آبی شده است . آمارها بالغ بر 18میلیون تن بوده است و پیش‌بینی در سال 200با توجه به آهنگ رشد این انتشار بالغ بر 50میلیون تن در همان کشور است.

همانگونه که اشاره شد ابعاد کوچک ذرات تولید شده ناشی از فعالیت‌های صنعتی فیزیکی دیگر از دلایل عدم توفیق مهار این آلودگی‌ها است. به گونه‌ای که هر چه این ابعاد کوچکتر باشد کنترل آنها به مراتب سخت‌تر می‌گردد. از سوی دیگر میزان آسیب وارد شده به انسان بدلیل تنفس هوای محتوای ذرات نیز با قطر آنان بستگی دارد. مطالعات نشان می‌دهد که ذرات بالاتر از ده میکرون در هنگام تنفس به طریق مؤثری هنگام ورود به مجرای تنفسی فوقانی (مژک و مخاط بینی) جدا می‌گردند و ذرات کوچکتر از این سیستم عبور می‌نماید.

این ذرات در مرحله بعد با نفوذ در حفره‌های دید به طریق مستقیم (بدلیل وجود مواد سمی در سطوح خارجی ذرات) و یا غیرمستقیم (بدلیل نفوذ جسم خارجی در حفره‌های دید) باعث ایجاد مشکلات جدی در سیستم تنفسی می‌گردد. قبلاً تصور می‌شد که ذراتی با قطر حدود یک میکرون بدلیل تناسب اندازه با حفره‌ها و جداره‌های دید بیشترین میزان نفوذ به داخل سیتم را باعث می‌گردند. در حالیکه مطالعات جدید نشان می‌دهد ذرات زیرمیکرون هم در این ارتباط خطرناک هستند. علاوه بر خطرات تنفسی ذرات جامد معلق در هوا به دلیل خاصیت انکسار نور باعث کدر شدن هوا می شوند. ذراتی با ابعاد 0.2 تا 2 میکرون بیشترین سهم را در ایجاد هوای غبارآلود اطراف شهرها دارد.

1-1- دستگاههای کنترل کننده ذرات:

دستگاههائی که امروزه در صنعت برای کنترل ذرات جامد معلق در گازها بکار می‌روند از 2 نیروی مکانیکی و الکتریکی برای جداسازی بهره می‌برند. سیکلونها از دستگاههای مکانیکی هستند که بدلیل ساختمان ساده قیمت کم در صنایع مختلف کاربرد دارند. اما در اکثر اوقات بدلیل کاهش شدید بازده برای ذرات کوچک (کمتر از 20میکرون) گردگیرهای اولیه از آنها استفاده می‌شود.

بازده سیکلونها با کاهش قطر محفظه استوانه‌ای افزایش می‌یابد و به همین دلیل در پاره‌ای اوقات برای حاصل آمدن بازده بیشتر از تعداد زیادی سکلون با قطر کمتر به جای یک سیکلون استفاده می‌گردد. اما از سوی دیگر این کار باعث افزایش قابل توجه افت فشار در جریان گاز می‌گردد. به همین دلیل در مصارف این دستگاهها گردد به حالتهای خاص است. از دستگاههای دیگری که برای این منظور استفاده می‌شود اسکراپرها هستند.

فیلترهای پارچه‌ای (فیلترهای کیسه‌ای) از دیگر دستگاههائی هستند که برای جداساسزی ذرات معلق در گازها استفاده می‌شود و برای جداسازی ذرات در جریان گازها با دبی کم کاربرد فراوان دارند.

عمده نیروهای جداساز در آنها نیروی مکانیکی بوده و در مقیاس کمی نیروی الکترواستاتیک نیز به جذب ذرات در این فیلترها کمک می‌کند. فیلترهای کیسه‌ای دارای بازده بسیارخوب حتی بریا ذرات بسیار کوچک هستند و به عنوان جداسازهای نهائی در صنایع مختلف کاربرد دارند.

در مقایسه با کلیه دستگاههای موجود فیلترهای الکتریکی وسایلی هستند که برای جداسازی ذرات جامد در جریان گاز از نیروی الکتریکی استفاده می‌نمایند. ویژگی مهم این دستگاهها وارد آمدن نیروی جداساز الکتریکی تنها به ذرات معلق و نه کل سیال است. در حالیکه در فیلترهای دیگر کل جریان سیال در معرض نیروی جداساز مکانیکی قرار می‌گیرد. افت فشار عموماً در این دستگاهها کمتر از دستگاههای دیگر جداساز می باشد.

الین فیلترها در شرایط مناسب قادرند گسترده ابعادی وسیعی از ذرات بازده بالا مهار نماید. شکل 1-1 بازده مختلف فیلترهای مورد استفاده در صنعت را با توجه به قطر ذرات نشان می‌دهد.

از شکل کاملاً مشخص است که فیلترهای کیسه‌ای و فیلترهای الکتریکی با بازده نسبتاً خوب قادرند ذرات کوچکتر از یک میکرون را حذب نمایند.

2-1- ویژگی فیلترهای الکتریکی:

مقاومت ناچیز در برابرجریان کاز، توان مصرفی کم، قابلیت جداسازی ذرات ریز و درشت، توانائی جداسازی ذرات در جریان بازدهی‌های زیاد و بازده بسیارخوب از ویژگی این فیلترها است. قابلیت استفاده در شرایط مختلف بهره‌برداری با توجه به درجه حرارت، فشار، نقطه شبنم، جنس ذرات و گازها هزینه نگهداری پائین در مقایسه با سایر فیلترها از نکات مثبت دیگر فیلترهای الکتریکی است. مقاومت خوب در برابر شوکهای حرارتی و همچنین قابلیت جداسازی خوب از دیگر محاسن آنها می‌باشد.

در مقابل حجم بزرگ، افت بازده به دلیل اختلال در شرایط پایدار و محدودیت کاربرد برای ذرات پرمقاومت و محیط‌های قابل اشتعال و انفجار، سرمایه‌گذاری قابل توجه برای خرید و مکانیزم پیچیده آنها از نکات منفی آنها محسوب می‌شود.

3-1- مراحل جداسازی در فیلترهای الکتریکی:

مراحل جداسازی در فیلترهای الکتریکی شامل سه مرحله باروری ذرات، جذب ذرات و جداسازی ذرات می‌باشد. برای بارور نمودن ذرات باید ابتدا انبوه الکترون را در اطراف الکترود منفی تولید کرد. این پدیده را تولید کرونا (corona generation) می‌نامند. تولید کرونا در صورتی امکان پذیر است که یک میدان الکتریکی نیز همگن با شدت لازم بین الکترودهای مثبت و منفی ایجاد گردد. این میدان در مراحل بعدی برای جذب ذرات نقش اساسی دارد. برای توضیح مکانیزم جداسازی بایستی پدیده‌های تولید کرونا، ایجاد میدان الکتریکی، باروری ذرات و جذب و جداسازی را تشریح نمود که در مقدمه بصورت خلاصه آورده شده است.

4-1- فرآیند جداسازی در فیلترهای الکتریکی:

از نظر شکل ظاهری الکتروفیلترها در اشکال استوانه‌ای و صفحات موازی ساخته می‌شوند. انواع استوانه‌ای این فیلترها که اکثراً به صوت مجموعه بکار می‌روند در گذشته بیشتر کاربرد داشته‌اند و در حال حاضر در مقیاس صنعتی غالباً از انواع صفحه‌ای استفاده می‌شود.

همانطور که در شکل نشان داده شده است ابتدا توسط منبع تولید پتانسیل فشار قوی الکتریکی جریان برقی یکسو با ولتاژ کافی تولید می‌شود (1) و سپس از طریق مقره عایق (2) به الکترود منفی (3) که بصورت قرینه در فضای داخلی الکتروفیلتر بوسیله وزنه‌ای (8) به حالت معلق قرار گرفته است هدایت می‌گردد. جداره داخلی بدنه(4) نقش الکترود مخالف را داشته و ذرات پس از جدا شدن از مسیر جریان گاز برروی آن جذب می‌گردند. در قسمت انتهائی الکتروفیلتر محفظه جمع‌آوری مواد یا Hopper (5) قرار دارد که ذرات پس از جذب به آنجا انتقال یافته و از فضای الکتروفیلتر خارج می‌شود.

گاز محتوای ذرات جامد از کانال ورودی در قسمت پائین بدنه استوانه‌ای(6) وارد شده و ضمن تغییر مسر به سمت بالا پس از جذب ذرات آن به بدنه الکتروفیلتر از کانال خروجی در قسمت بالائی خارج می‌شود. (7) محل کانالهای ورودی و خروجی طوری انتخاب شده است که ذرات درشت بدلیل اختلاف جرم حجمی با ماکسولهای گاز در هنگام تغییر مسیر به سمت بالا به داخل محفظه سقوط کرده و جدا می شوند.

امروزه اکثراً از الکتروفیلترهائی که الکترودهای مثبت آن به صورت صفحات موازی در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند استفاده می‌شود و الکترود منفی غالباً به صورت تیغه‌ای نوک تیزدر میان صفحات قرار گرفته‌اند. شکل 3-1 نموداری از یک گذرگاه فیلترهای الکتریکی در صنایع مختلف را نشان می‌دهد.

ذرات معلق هنگام عبور از درون این گذرگاه بر روی صفحات جذب می شود و ضخامت آنها که به مقدار مشخصی اسید یک سیستم مکانیکی توسط چکش‌های دوار ضرباتی را به محور پائینی صفحات وارد می‌نماید. در اثر این ضربات ذرات به داخل محفظه جمع‌آوری مواد سقوط کرده توسط انتقال‌دهنده‌های مارپیچ و یازنجیری از فضای الکتروفیلتر خارج می‌شود .

شکل 4-1 نمائی کامل از یک الکتروفیلتر مورد استفاده در صنعت را نشان می‌دهد.

5-1- مکانیزم جداسازی در فیلترهای الکتریکی:

مرتبط با عرض گذرگاه ابتدا اختلاف فشار الکتریکی 40تا120 کیلوولت بین الکترودهای منفی و مثبت برقرار می‌گردد. در الکتروفیلترهای معمول صنعتی به دلیل بازده بیشتر معمولاً جریان فشار قوی به الکترودهای تخلیه وصل می‌گردد و صفحات جمع‌کننده و رسوب‌دهنده مواد به زمین متصل شده و نقش قطب مثبت را ایفا می‌نمایند.

با حاکم شدن این اختلاف پتانسیل میدان الکتریکی بین الکترودهای مثبت و منفی برقرار می‌گردد. بدلیل استاندارد زائده‌های تیز در الکترود منفی شدت این میدان بکنواخت نبوده بلکه در اطراف الکترود تخلیه شدت میدان حداکثر و در راستای الکترود مثبت او شدت آن بصورت نمائی کاسته می‌گردد.

شکل و شدت میدان الکتریکی معمولاً توسط خطوط میدان الکتریکی نمایش داده شده است. بدلیل وجود اختلاف میدان الکتریکی قابل ملاحظه در اطراف الکترود تخلیه که نشانگر افت ولتاژ زیاد در فاصله‌ای بسیار کم می‌باشد پدیده کرونا اتفاق می‌افتد. به عبارت دقیق‌تر الکترونهای آزاد موجود در محیط بخاطر اختلاف شدید میدان با انرژی بسیار زیادی از اطراف تخلیه به سمت پتانسیل مخالف (صفحات) دفع می‌گردد.

این الکترونها بخاطر سرعت زیاد و در نتیجه اندازه حرکت قابل توجه در مسیر حرکت خود ملکولهای خنثی گاز را با شدت مورد تصادم قرار می‌دهند.

بخاطر انرژی زیاد الکترونها در اطراف الکترود تخلیه معمولاً این برخوردها می‌توانند به یونیزه شدن ملکولهای خنثی گاز موجود در فضای الکترود بیانجامند. به عبارت دیگر الکترون پس از برخورد به ملکول گاز انرژی کافی را برای کندن حداقل یک الکترون از ترازهای آخر مدار به وی منتقل می‌نمایند.

و این در حالی است که خود الکترون نیز پس از برخورد از ملکول گاز جدا می‌گردد. بنابراین حاصل عمل برخورد یک یون مثبت و 2 الکترون آزاد است. در