Inženjerstvo zaštite životne sredineFakultet Tehničkih NaukaTrg Dositeja Obradovića 621000 Novi Sad

PROJEKTOVANJE SISTEMA ZAŠTITE

ELEKTROFILTERISEMINARSKI RAD

Profesor: Slavko Đurić Asistent: Slobodan Tašin

Studenti:

April, 2006.

Sadržaj:

Uvod……………………………………………………………………………………………… 3

1. Atmosferski vazduh, pojam nečistog vazduha, podela nečistoća……………………………... 41.1. Atmosferski vazduh…………………………………………………………………………. 41.2. Pojam nešistog vazduha……………………………………………………………………... 41.3. Podela nečistoća u vazduhu…………………………………………………………………. 5

2. Zagađivanje vazduha.................................................................................................................. 62.1. Glavni uzroci zagađivanja vazduha......................................................................................... 62.2. Izvori zagađivanja vazduha i klasifikacije............................................................................... 6

3. Osnovni podeli uređaja za prečišćavanje vazduha…………………………………………… 8

4. Elektrostatički taložnici – elektrofilteri……………………………………………………….. 94.1. Istorijat elektrofiltera………………………...……………………………………………… 94.2. Konstrukcije i elementi elektrofiltera……………………………………………………….. 94.3. Podela elektrofiltera…………………...…………………………………………………… 134.4. Princip elektrostatičkog taloženja………………………………………………………….. 134.5. Stvaranje korone………………………………...…………………………………………. 14

4.5.1 Nastajanje negativne korone……………………………………………………… 154.5.2 Nastajanje pozitivne korone.................................................................................... 16

4.6. Elektronegativni gasovi ........................................................................................................ 174.7. Naelektrisavanje čestica......................................................................................................... 17

5. Efikasnost izdvajanja čestica.................................................................................................... 18

6 Primena i dva osnovna oblika elektrostatičkih taložnika........................................................... 19

7. Prednosti i nedostatci elektrostatičkih taložnika....................................................................... 22

8. Literatura................................................................................................................................... 23

2

Uvod

Istorijski posmatrano, zagađivanje vazduha nije nov fenomen. Prirodni oblici zagađivanja vazduha, kao što su vulkanske erupcije, poznate su od davnina. Dok zagađivanje od strane čoveka datira od davnih dana kada je pećinski čovek otkrio vatru i koristio je za grejanje i kuvanje.

U engleskoj su još u XIII veku donešeni propisi o kontroli zagađenosti vazduha dimom koji su predviđali i smrtnu kaznu. Engleski naturalista, Džon Evelin je 1661 godine je napisao prvi oštar protest protiv zagađivanja vazduha u Londonu. Naveo je izvore i načine zagađivanja i ukazao na mere koje treba predvideti u cilju kontrole. Zagađivanje vazduha postaje naročito izraženo za vreme industrijske revolucije i korišćenja uglja kao izvora energije. Prelaskom na korišćenje nafte umesto uglja , kao glavnog izvora energije, zagađenost atmosfere se još više povećala, stvarajući novu vrstu zagađenja koje karakterišu supstance kao što su razni oksidi, peroksidi i drugi.

Nova vrsta zagađenja je na mnogo načina pogoršala pređašnje stanje i kontrolu zagađenosti učinila mnogo težom.

3

1. Atmosferski vazduh, pojam nečistog vazduha, podela nečistoća

1.1. Atmosferski vazduh

Atmosferski vazduh predstavlja smešu većeg broja gasova u kojoj se nalazi i manja količina čestica u čvrstom ili tečnom agregatnom stanju.

Tabela 1. Komponente čistog vazduha i zapreminski udeo komponenti Gas Zapreminski udeo , %Azot 78.008Kiseonik 20.946Argon 0.930Ugljendioksid 0.032Neon 0.0018Helijum 0.00052Metan 0.00015Kripton 0.00010Vodonik 0.00005Azot suboksid 0.00002Ugljenmonoksid 0.00001Ksenon 0.000008Ozon 0.000002Amonijak 0.0000006Azotdioksid 0.0000001Azotmonoksid 0.00000006Sumpordioksid 0.00000002Vodonik sulfid 0.00000002

1.2. Pojam nešistog vazduha

Nečistoća u vazduhu je bilo koja supstanca koja se prenosi ili reaguje sa komponentama čistog vazduha i koja na bilo koji način deluje na čoveka ili njegovu okolinu, bilo direktno ili samo svojim prisustvom, smanjuje udeo ostalih komponenti čistog vazduha. Iz ovoga sledi da pojam nečistog vazduha podrazumeva sadržaj nečistoća u čistom vazduhu.

1.3. Podela nečistoća u vazduhu

Postoji bezbroj podela nečistoća u vazduhu, u daljem tekstu će biti nabrojane samo neke od njih.

4

I Prema sastavu ne č isto ć a:

1. Organskog sastava i 2. neorganskog sastava.

II Prema agregatnom stanju u kome se nalazi ne č isto ć a:

1. Čvrsto,2. tečno i 3. gasovito.

III Prema dimenzijama:

1. Mikroskopske i 2. makroskopske.

IV Prema obliku ne č isto ć e:

1. Čestice i 2. gasovi.

2. Zagađivanje vazduha

5

Zagađivanje vazduha podrazumeva prisutnost jedne ili više nepoželjnih čvrstih, tečnih ili gasovitih supstanci u vazduhu, u određenoj količini, određenih osobina i određenom vremenskom periodu, koje predstavljaju opasnost za čoveka, biljni i životinjski svet ili koje na bilo koji način onemogućavaju komforan život i uživanje u čovekovoj okolini.

2.1. Glavni uzroci zagađivanja vazduha

Zagađivanje vazduha, iako nije nov problem, jedan je od najbrže rastućih problema. Uzrok sve većem rastu problema zagađivanja vazduha jesu tri glavna faktora:

1. Stalno pove ć anje broja ljudi na zemlji što uslovljava veću proizvodnju dobara namenjenih za život.

2. Razvoj industrije i tehnologije- usko je povezan sa porastom broja stanovnika na zemlji. Povećanjem broja stanovništva povećeva se i kapacitet industrije, a samim tim i stvaranje velikog broja novih procesa, metoda i proizvoda. Nove industrije i procesi koriste nove sirovine što dovodi do otpadaka u proizvodnji nepoznate i nedovoljno ispitane otrovnosti. Sve to dovodi do veće zagađenosti atmosfere i složenosti problema koji nastaje.

3. Socijalne promene takođe dovode do porasta zagađivanja vazduha. Prema načinu delovanja, možemo da razlikujemo dva socijalna faktora:

I. Urbanizacija ima direktno delovanje. Sve veći prelaz i doseljavanje u urbane sredine uslovljava brzo prerastanje gradova u ogromne gradske oblasti.

II. Standard života ima indirektno delovanje. Sa ekonomskog aspekta, jedan deo stanovništva ima visok standard življenja, što obuhvata upoterbu raznih aparata u domaćinstvu kao i sredstava za transport, a za sve to je potrebna velika količina energije koja se dobija direktnim sagorevanjem goriva (kod automobila) ili sagorevanjem goriva u cilju dobijanja električne energije (za razne aparate).

Kombinacija ova tri faktora može se smatrati grupom uzajamno delujućih činilaca koji su doveli do ozbiljnog problema zagađenosti vazduha, naročito u gradovima.

2.2. Izvori zagađivanja vazduha i klasifikacije

Izvor zagađivanja vazduha predstavlja objekat ili proces koji pod unutrašnjim ili spoljašnjim uticajem odaje nečistoće u atmosferu.

Prema vrsti izvora, zagađivanje vazduha se deli na:

6

1. prirodne izvore zagađivanja i 2. veštačke izvore zagađivanja.

Prirodni izvori zagađivanja vazduha mogu se podeliti na:

1. prašina nošena vetrom,2. aero alergeni,3. čestice morske soli,4. dim, leteći pepeo i gasovi od šumskih požara,5. gasovi iz močvara,6. mikroorganizmi,7. magla,8. vulkanski gasovi i pepeo,9. prirodna radioaktivnost,10. meteorska prašina,11. prirodna isparenja,12. ozon nastao prilikom varničenja.

U veštačke izvore zagađenja spadaju:

1. zagađivanje vazduha termo i nuklearnim elektranama,2. zagađivanje vazduha u industriji i poljoprivredi,3. zagađivanje vazduha svim vrstama transportnih sredstava,4. zagađivanje vazduha sagorevanjem otpadnih materijala,5. zagađivanje vazduha u svim ostalim delatnostima.

Prema rasporedu izvora zagađivanja vazduha postoje:

1. Pojedinačni ili tzv. tačkasti izvori-izolovani ili međusobno dovoljno udaljeni izvori tako da im prostor koji zagađuju nije isti. Tu spadaju termoelektrane, rafinerije ili topionice.

2. Linijski raspoređeni izvori-putevi ,tj. njihova bliža okolina, kojima se kreću transportna sredstva.

3. Površinski raspoređeni izvori-veliki broj manjih izvora vazdušnog zagađenja koji zagađuju istu zapreminu vazdušnog prostora. Tu spadaju gradovi koji su industrijski centri.

Prema vremenu trajanja zaga đivanja imamo podelu na:

1. Izvori trajnog zagađivanja,2. izvori povremenog zagađivanja.

3. Osnovne podele uređaja za prečišćavanje vazduha

7

Podelu uređaja za prečišćavanje nečistog vazduha i smeša gasova moguće je izvršiti prema više kriterijuma:

I Prema obliku ne č isto ć e u kome se ona nalazi u vazduhu:

1. Uređaji za odstranjivanje gasovitih nečistoća iz vazduha i 2. uređaji za odstranjivanje nečistoća iz vazduha u obliku čestica.

II Nezavisno od oblika ne č isto ć e u vazduhu ure đaji za preč i šć avanje vazduha mogu se podeliti na:

1. suve i 2. vlažne.

III Ure đajima za preč iš ć avanje mogu ć e je uklanjanje ne č isto ć a

1. fizičkim metodama,2. hemijskim metodama i3. fizičko-hemijskim metodama.

IV Ure đaji za preč iš ć avanje vazduha prema silama č ijim delovanjem vrše uklanjanje č estica dele se na:

1. taložne komore (gravitacione sile),2. ciklonski uređaji za prečišćavanje (centrifugalne sile),3. filtri (inercijalne sile, zadržavanje i difuzija),4. inercijalni prečišćavači, suvi i vlažni (inercione sile, zadržavanje i difuzija),5. elektrostatički uređaji za prečišćavanje (elektrostatičke sile).

V Ure đaji za preć iš ć avanje vazduha od gasovitih ne č isto ć a prema metodi koju koriste dele se na:

1. apsorpcione prečišćavače,2. adsorbcione prečišćavače,3. prečišćavače sa sagorevanjem nečistoća.

4. Elektrostatički taložnici – elektrofilteri

8

4.1. Istorijat elektrofiltera

Postojanje elektrostatičkih sila bilo je poznato još u antičkom dobu. Međutim, prvi pisani materijal o delovanju elektrostatičkih sila na čestice aerosola datira iz oko 1600. godine, u kome Vilijem Žilber (William Gilbert) iznosi svoja zapažanja o kretanju trenjem naelektrisanih čestica dima u električnom polju. U periodu od 1600. do 1900. godine u istraživanjima elektrostatičkog taloženja i pojava u vezi sa tim, učestvovali su najpoznatiji istraživači u istoriji nauke, kao što su: Robert Bojl (Robert Boyle), Isak Njutn (Issak Newton), Šarl de Kulon (Charles de Coulomb) i drugi. Frederik Kotrel (Frederick Cottrell) je dao značajne radove u ovoj oblasti, u periodu posle 1900. godine. On je takođe izradio prvi elektrostatički taložnik za praktičnu primenu.

4.2. Konstrukcije i elementi elektrofiltera

Na slici 4.2.1. prikazana je uobičajena konstrukcija elektrofiltera.

Osnovni elementi koje treba da sadrži elektrofilter su :

1. Komora,2. aktivne elektrode,3. pasivne elektrode,4. otvor za dovod gasa sa rešetkom za

usmeravanje,5. otvor za odvod gasa,6. sakupljač nečistoća,7. vratanca za pregled,8. uređaji za otresanje,9. izolatori i 10. transformatori.

Slika 4.2.1 Uobičajena konstrukcija elektrofiltera (Raković, A., Zagađivanje i prečišćavanje vazduha, Beograd, 1981.)

Elektrofilter se sastoji od komore u kojoj su po određenom rasporedu postavljene aktivne i pasivne elektrode. Komora sadrži priključne vodove za odvod i dovod gasa, rešetku na ulaznom otvoru koja vrši usmeravanje gasne struje i sakupljače nečistoća. Uređaj za otresanje čestica

9

nalazi se postavljen uz komoru sa nosećim ramom elektroda, tako da mu je moguć pristup sa spoljašnje strane. Transformator- ispravljač je takođe uređaj koji je neophodan za rad elektrofiltera i on se kao i ostali uređaji za kontrolu nalazi ili na samom elektrofiltru ili izvan njega zavisno od njegove veličine, namen i dr.

Aktivna elektroda je žica kružnog ili kvadratnog poprečnog preseka, prečnika oko 2,5 mm. Spoljna površina žice, tj. elektrode, može biti sa bezbroj zareza i oštrih ivica sa ciljem povećenja intenziteta jonizacije pri određenoj vrednsti napona. Ova elektroda mora biti otporna na mehaničko istezanje i koroziju. Aktivna elektroda mora biti izolovana od kućišta što se postiže primenom različite vrste elektroizolatora. Aktivna elektroda se naziva još i jonizujuća, naelektrisavajuća, pražnjeća, i može biti negativno ili pozitivno naelektrisana.

Pasivna elektroda može biti u obliku cevi ili ploče. Ako je u obliku cevi, onda je to obično cev kružnog ili šestougaonog poprečnog preseka. Pasivne elektrode u obliku ploča postavljaju se paralelno jedna naspram druge, a aktivne elektrode se postavljaju između njih na određenom rastojanju od obe ploče i određenim rastojanjima jedna od druge. Ploče mogu biti ravne ili različito oblikovane kako bi se sprečila mogućnost ponovnog pokretanja nataloženih čestica. Na slici 4.2.2. je prikazano nekoliko načina izvedbi pasivnih elektroda u vidu ploča. Pasivna elektroda se naziva još i primajuća, razelektrisavajuća, skupljajuća. Ona je uvek naelektrisana suprotnim naelektrisanjem od naelektrisanja aktivne elektrode. Pasivna elektroda je uzemljena, jer je uređaj visoko naponski.. Uzemljavanjem se sprečavaju moguća varničenja između elektroda i okolnih provodnika.

Slika 4.2.2. Različite izvedbe pasivnih elektroda u vidu ploča. (Raković, A., Zagađivanje i prečišćavanje vazduha, Beograd, 1981.)

Rastojanje između elektroda je različito. Obično je za oko 5 cm za izdvajanje tečnih čestica, a oko 15 cm za izdvajanje čvrstih čestica. Na slici 4.2.3. su prikazane uobičajene konstrukcije i raspored elektroda kod elektrofiltera.

10

Slika 4.2.3. Uobičajene konstrukcije i raspored elektroda kod elektrofiltera.(Raković, A., Zagađivanje i prečišćavanje vazduha, Beograd, 1981.)

Veoma je važno da dovod gasa sa česticama bude pravilan, kao i to da gasna struja na ulazu u elektrofilter bude jednolika, a količina gasa raspoređena po celokupnoj površini. To se postiže rešetkama, žaluzinama ili pločama sa otvorima.

Sakupljači čestica koje se otresaju ili spiraju sa elektroda obično su u obliku levka kružnog ili kvadratnog poprečnog preseka. Materijali od kojih se izrađuju sakupljači prašine su različiti, u zavisnosti od vrste i veličine uređaja. Za manje uređaje je obično čelični lim, a za veće beton, opeka i dr.

Čestice nataložene na elektrodama uklanjaju se trešenjem ili spiranjem.

Trešenje može biti: 1 elektromagnetsko, 2 pneumatsko ili 3 mehaničko.

Pri trešenju, a naročito pri mehaničkom otresanju udarima čekića, treba voditi računa o mogućim mehaničkim oštećenjima samih elektrofiltera, a posebno o kidanju aktivnih elektroda.

Spiranje se vrši pomoću mlaznica i može biti:1 povremeno ili2 stalno.

Jednosmerna struja visokog napona dobija se pomoću transformatora. Kod elektrofiltera najviše se koriste statički transformatori sa poluprovodnicima dok se ređe koriste mehaničkitransformatori. Preporučene maksimalne vrednosti napona su od 15 do 80 kW, mada postoje uređaji i van ovog područja, npr.100 kW, u zavisnosti od tipa elektrofiltera i njegove primene.

11

Elektrofilteri se mogu izraditi kao jednostepeni ili kao dvostepeni.

Kod jednostepenih elektrofiltera se isti par elektroda koristi i za naelektrisavanje i za prikupljanje čestica. Oni rade sa negativnom koronom, i uglavnom se koriste u industriji zbog moguće proizvodnje značajne količine ozona tokom rada.

Dvostepeni elektrostatički taložnici postoje odvojeni parovi elektroda koji obezbeđuju prvo naelektrisavanje, a zatim prikupljanje čestica. Oni rade sa pozitivnom koronom i koriste se u uređajima za kondicioniranje vazduha. Na slici 4.2.4. prikazana je šema jednog dvostepenog elektrofiltera.

Slika 4.2.4. Šema dvostepenog elektrofiltera. (Raković, A., Zagađivanje i prečišćavanje vazduha, Beograd, 1981.)

Pri konstruisanju ili izboru elektrofiltera osnovni činioci koje treba uzeti u obzir su:

1. vrste i karakteristike čestica,2. specifična električna otpornost prašine pri određenim uslovima,3. oblast veličine čestica koje treba izdvojiti iz vazdušne struje,4. koncentracija čestica pri određenim uslovima,5. sastav gasne smeše,6. opseg temperatura pri kojima se vrši izdvajanje i 7. opseg protoka gasa kroz uređaj.

4.3. Podela elektrofiltera

12

Prema načinu uklanjanja nataloženih čestica sa elektroda, elektrofiltre je moguće podeliti na:

1. suve (uklanjanje čestica trešenjem) i 2. vlažne (uklanjanje četica spiranjem).

Prema visini temperature na kojoj rade, elektrofilteri se dele na:

1 hladne (temperatura ispod od 250 °C) i 2 tople (temperatura iznad 250 °C ).

4.4. Princip elektrostatičkog taloženja

Vazduh ili gas iz koga želimo da izdvojimo čestice provodi se kroz električno polje sačinjeno od dve elektrode. Elektroda koja uslovljava jonizaciju gasa je aktivna elektroda. Elektroda na kojoj dolazi do izdvajanja, tj. taloženja čestica je pasivna elektroda.

Mnoge čestice su već naelektrisane u prethodnim procesima, ali je ovo naelektrisanje obično suviše slabo za praktičnu primenu. Kada se čestice dovoljno naelektrišu i kada se nađu u električnom polju, dolazi do kretanja naelektrisanih čestica usled postojanja privlačnih elektrostatičkih sila ka suprotno naelektrisanoj elektrodi pod pravim uglom u odnosu na strujanje. Čestice se prikupljaju na elektrodi. Naelektrisavanje čestica vrši se pomoću korone koja okružuje aktivnu elektrodu.

Na slici 4.4.1. šematski je prikazan princip rada elektrofiltera.

13

Slika 4.4.1 Šematski prikaz principa rada elektrofiltera. Zaprljan gas ulazi na dnu taložnika, naelektriše se istim znakom naelektrisanja kao i aktivna elektroda i taloži se na pasivnoj elektrodi , koja je suprotno naelektrisana. Čist gas odlazi iz elektrofiltera na otvoru koji se nalazi na gornjem delu elektrofiltera. Nataložene nečistoće se uklanjaju iz elektrofiltera otresanjem pomoću određenog uređaja za otresanje čestica. (Raković, A., Zagađivanje i prečišćavanje vazduha, Beograd, 1981.)

4.5. Stvaranje korone

Uspešan rad elektrostatičkih taložnika zavisi od količine nastalih jona, koji će se prikačiti na čestice i pod uticajem električnog polja izazvati dejstvo sila na čestice i njihovo kretanje ka kolektorskoj (pasivnoj) elektrodi. Postoji nekoliko mehanizama za dobijanje jona u gasu, jedini mehanizam praktičan za korišćenje kod elektrostatičkih taložnika je korona.

Korona je fenomen koji se javlja pod izvesnim uslovima kada struji naelektrisanje kroz gas. Korona električnog pražnjenja pretstavlja odavanje električne energije sa površine provodnika u vidu jonizacije okolnog gasa i ispoljava se u vidu svetlećeg gasnog omotača oko provodnika.

Korona se javlja na elektrodi čiji je radijus manji, što znači da je žica ta na kojoj će se javiti korona, a kako smo već ranije rekli, ona pretstavlja aktivnu elektrodu. U zavisnosti od znaka aktivne elektrode, postoje pozitivna i negativna korona. Pozitivna korona javlja se kod pozitivno naelektrisane aktivne elektrode, i ispoljava se u vidu jednoliko svetlećeg omotača, dok se negativna korona javlja oko negativno naelektrisane aktivne elektrode, i ispoljava se u vidu svetlećih prstenova, raspoređenih koaksijalno duž elektrode. Na slici 4.5.1 prikazan je izgled pozitivne i negativne korone.

14

Slika 4.5.1. Izgled pozitivne i negativne korone. Na slici 1. i 2., prikazana je pozitivna korona, dok je na slici 3. i 4. prikazana negativna korona. (Internet)

4.5.1 Nastajanje negativne korone

Negativna korona nastaje oko anode, tj. oko negativno naelektrisane elektrode, koja je kod elektrofiltera u obliku žice. Na slici 4.5.1.1. prikazan je mehanizam nastajanja negativne korone.

U vazduhu uvek je prisutan izvestan broj jona i slobodnih elektrona. Pri naponu bliskom kritičnoj vrednosti slobodni elektroni u zoni jakog elektrostatičkog polja, tj. u blizini žice primaju energiju od polja i ubrzani i usmereni od žice sudaraju se sa molekulima okolnog gasa pri čemu uslovljavaju nastajanje pozitivnih jona i elektrona, koje možemo nazvati primarni elektroni. Primarni elktroni nastavlaju proces koji su započeli slobodni elektroni, tj. primaju energiju od polja, bivaju ubrzani i u sudarima sa molekulima gasa izazivaju nastajanje novih pozitivnih jona i elektrona.

Pozitivni joni pak bivaju ubrzani i usmereni ka žici, bombarduju žicu, oslobađaju energiju pri udaru, pri čemu uslovljavaju izbijanje elektrona iz površinskog sloja žice. Tako nastali elektroni nazivaju se sekundarni elektroni i oni nastavljaju sudaranje sa molekulima kao i slobodni i primarni elektroni. Elektroni koji dospeju u električno polje slabijeg intenziteta pri sudaru sa neutralnim molekulima grade negativne jone koji se kreću ka pozitivnoj elektrodi na kojoj se vrši njihovo razelektrisavanje. Nastajanje svetlećeg omotača u visokojonizujućem gasu oko žice je posledica neprekidnog sudaranja suprotno naelektrisanih čestica. Dopunsko nastajanje pozitivnih jona, a samim tim i sekundarnih elektrona, je usled fotojonizacije molekula gasa.

Kod negativne korone elektronska lavina, tj. nastajanje slobodnih elektrona, počinje na površini žice i nastavlja da se širi radijalno oko ivice regiona korone. Slobodni elektroni se formiraju pomoću ultraljubičastog zračenja .

15

Slika 4.5.1.1. Mehanizam nastajanja negativne korone. (Raković, A., Zagađivanje i prečišćavanje vazduha, Beograd, 1981.)

Negativna korona ne može da nastane osim ako su slobodni elektroni nastali u koroni u mogućnosti da se vežu za molekule gasa i formiraju negativne jone. Ako nisu u stanju da se vežu, većina slobodnih elektrona će se kretati ka pozitivnoj elektrodi i javiće se varnica. Neki gasovi, naročito azot, ne apsorbuju spremno elektrone, i oni su neophodni za rad negativne korone, osim ako nisu prisutni i elektronsko apsorpcioni gasovi. Jedan od najboljih elektronsko apsorpcionih gasova koji se često javlja u otpadnim gasovima industrije je sumpor dioksid, pored njega, dobri elektronsko apsorpcioni gasovi su i kiseonik, vodena para i ugljen dioksid.

4.5.2 Nastajanje pozitivne korone

Pozitivna korona nastaje oko katode, tj. pozitivno naelektrisane elektrode, koja je kod elektrofiltera u obliku žice. Nastajanje pozitivne korone analogno je nastajanju negativne korone.

Elektroni migriraju prema žici. Region sa velikom jačinom polja ograničen je na deo oko korone, a jačina polja veća je na površini žice. Elektronska lavina započinje na ivici regiona korone i nastavlja se sve do površine žice. Zbog toga nema mogućnosti da se elektroni apsorbuju i stoga se ne proizvode negativni joni. Međutim, postoji veliki broj pozitivnih jona nastalih u lavinskom procesu i oni migriraju izvan regiona korone prema pasivnoj elektrodi. Ovi pozitivni joni se vezuju za prisutne molekule, naelektrisavajući ih pozitivno i uzrokuju njihovo kretanje prema kolektorskoj elektrodi. Slobodni elektroni koji naiđu na žicu bivaju odneseni kao struja u žici. Nastajanje dovoljnog broja slobodnih elektrona za iniciranje lavinskog procesa javlja se na ivici korone zahvaljujući pozadinskoj radijaciji. Izgleda da je broj nastalih elektrona usled pozadinske

16

radijacije dovoljan da se započne korona, ali je nedovoljan da se ona održi. Dodatni slobodni elektroni se formiraju u blizini ivice korone usled ultraljubičastog zračenja same korone.

Većina elektrostatičkih taložnika je sa negativnom aktivnom elektrodom, jer pri uobičajenim uslovima elektrostatičkog taloženja u opštem slučaju dozvoljava veću jačinu struje pri određenom naponu nego za slučaj pozitivne aktivne elektrode. Negativna korona takođe dopušta veću vrednost kritičnog napona, što uslovljava i veću efikasnost taloženja čestica.

4.6. Elektronegativni gasovi

Pri sudaru elektrona sa neutralnim molekulom gasa, može doći do njihovog spajanja pri čemu nastaje negativan jon. Mogućnost primanja elektrona od strane neutralnih molekula zavisi od tzv. elektronegativne prirode gasa, od energije koju sadrži elektron, kao i od čistoće gasa, tj. prisustva drugih gasova i para.

Elektronegativna svojstva su kod nekih gasova više ili manje izražena, a neki gasovi ih uopšte nemaju. Kod gasova bez elektronegativnih svojstva negativna korona nije moguća iz razloga što proces primanja elektrona od strane neutralnih molekula predstavlja osnovni uslov za postojanje elektrostatičkog taloženja. Elektrostatičko taloženje moguće je i kod gasova bez elektrostatičkih svojstva, primenom pozitivno korone.

Negativna korona će biti intenzivnija u gasovima sa izraženim elektronegativnim svojstvima.

4.7 Naelektrisavanje čestica

Naelektrisavanje čestica vrše joni, a u zavisnosti od načina na koji to vrše, ono može biti:

1. Bombardovanjem čestica jonima koji se kreću pod uticajem elektrostatičkog polja. Ovaj efekat je izražen kod čestica aerosola poluprečnika većeg od 0,1 μm.

2. Primanjem naelektrisanih jona od starne čestica pri difuziji jona, koja je u skladu sa zakonima kinetičke teorije. Ovaj efekat je izražen kod čestica aerosola poluprečnika manjeg od 0,1 μm.

3. Kombinacijom naelektrisavanja čestica bombardovanjem i difuzijom jona

17

5. Efikasnost izdvajanja čestica

U osnovi elektrostatičko taloženje čestica aerosola može se podeliti na četiri faze:

I. naelektrisavanje čestica ,II. kretanje naelektrisanih čestica u elektrostatičkom polju od aktivne ka pasivnoj elektrodi,

III. neutralizacija naelektrisanja čestica nakon izdvajanja na pasivnoj elektrodi i IV. uklanjanje nataloženih čestica sa pasivne elektrode.

Prema specifičnoj električkoj otpornosti , aerosoli se mogu podeliti na tri grupe:

1. male specifične otpornosti, do 104 Ωcm,2. srednje specifične otpornosti, od 104 do 5*1010 Ωcm,3. visoke specifične otpornosti, preko 5*1010 Ωcm.

Specifična električna otpornost znatno utiče na efikasnost izdvajanja čestica. Kod čestica aerosola male specifične otpornosti primećeno je da se brzo razelektrišu pri kontaktu sa pasivnom elektrodom, ali usled indukcije može se desiti da se čestice naelektrišu istim znakom kao i pasivna elektroda, tako da električne sile savladaju athezione i čestice napuštaju pasivnu elektrodu, tj. bivaju ponešene strujom gasa.

Kod čestica aerosola visoke specifične otpornosti javljaju se takođe nepovoljne pojave i smanjuje se efikasnost izdvajanja čestica.To su pojave taloženja čestica na aktivnoj elektrodi, taloženje čestica na pasivnoj elektrodi u slojevima različitih debljina kao i pojave tzv. povratne jonizacije ili povratne korone.

Aerosoli srednje specifične otpornosti u pogledu izdvajanja čestica zadaju najmanje problema.

Iz navedenog se može zaključiti da je za postizanje što veće efikasnosti izdvajanja čestica potrebno sledeće:

- Vrednost napona između elektroda treba da je što veća,- Treba što je moguće više smanjiti vreme zadržavanja čestica na aktivnoj elektrodi, a što se postiže, što je moguće većim protokom jona aktivne ka pasivnoj elektrodi,- Treba vršiti povremeno uklanjanje nataloženih čestica sa elektroda, posebno sa pasivne elektrode. - Čestice nataložene na pasivnoj elektrodi treba razelektrisati, što uvećava veću potencijalnu razliku, tj. napon između elektroda, - Strujanje nosećeg gasa treba da bude laminarno, jer turbulentno strujanje smanjuje difuziju čestica, a samim tim i nijhovo taloženje.

18

6. Primena i dva osnovna oblika elektrostatičkih taložnika

Elektrostatički taložnici imaju široku primenu u skoro svim granama industrije, metalurgije (prerada gvožđa i čelika, prerada aluminijuma...), hemijskoj industriji (proizvodnja cementa, papira,...), za prečišćavanje produkata sagorevanja u termoelektranama i toplanama, kao i za prečišćavanje vazduha za korišćenje u klimatizaciji, tj. prečišćavanje atmosferskog vazduha. Na slici 6.1. prikazana je konstrukcija uređaja za otprašivanje dimnih gasova elektrofiltrom u TO, Zagreb.

Slika 6.1. Konstrukcija uređaja za otprašivanje dimnih gasova elektrofiltrom u T.O., Zagreb. (Raković, A., Zagađivanje i prečišćavanje vazduha, Beograd, 1981.)

Zahtevi koje treba da zadovolje ovi uređaji u tako raznovrsnim uslovima primene su različiti, pa naravno i konstrukcije samih uređaja.

Elektrostatički taložnici izgrađuju se u dva osnovna oblika, prikazana na slici 6.2. :

1. Jednostavniji oblik sa gledišta teorijske i eksperimentalne analize sačinjavaju žica i cilindar koaksijalan sa žicom, 2. Složeniji oblik saćinjavaju žica i ploče.

Kod oba oblika aktivna elektroda je žica.

19

Slika 6.2. Osnovni oblici elektrofiltera,a. Pasivna elektroda - cilindar, b. Pasivna elektroda – ploča.

(Raković, A., Zagađivanje i prečišćavanje vazduha, Beograd, 1981.)

6.1 Primeri nekih vrsta elektrostatičkih taložnika

1. Jednostepeni cilindrični elektrostatički taložnik

Vazduh sa polutantima ulazi u blizini dna uređaja i struji prema gore kroz cilindrični taložnik. Elektrostatičke sile prouzrokuju kretanje čestica ka kolektorskoj elektrodi gde se lepe. Prečišćeni gas struji napolje, kroz otvor na vrhu. Prikupljena prašina se s vremena na vreme odstranjuje. To se izvodi protresanjem taložnika. Prašina zatim pada u kolektor na dnu. Slika 6.1.1.

Slika 6.1.1. Jednostepeni cilindrični elektrostatički taložnik. (Bukurov, M., Inženjerstvo okoline, Aparati za mehaničko prečišćavanje, skripta, Novi Sad, 2004)

20

2. Jednostepeni taložnik sa paralelnim žicama

Gas struji između dve vertikalne ploče između kojih se nalazi puno vertikalnih žica. Slika 6.1.2.

Slika 6.1.2. Jednostepeni taložnik sa paralelnim pločama

Slika 6.1.3. Dvostepeni cilindrični taložnik

(Bukurov, M., Inženjerstvo okoline, Aparati za mehaničko prečišćavanje, skripta, Novi Sad,

2004)

3. Dvostepoeni cilindrični taložnik

Korona se nalazi na dnu kolektorskog cilindra, satoji se od žice malog prečnika, u ovom slučaju direktno spojenu sa elektrodom koja stvara kolektorsko polje. Ta elektroda ima veći prečnik. U ovom slučaju i korona i elektroda se napajaju istim potencijalom. Slika 6.1.3.

4. Dvostepeni taložnik sa paralelnim pločama

Kolektorske elektrode su vertikalne žice, elektrode kolektorskog polja su ploče. Ovde je korona na višem potencijalu od kolektorskih elektroda i napajaju se sa različitih izvora. Slika 6.1.4.

Slika 6.1.4. Dvostepeni taložnik sa paralelnim pločama. (Bukurov, M., Inženjerstvo okoline, Aparati za mehaničko prečišćavanje, skripta, Novi Sad, 2004)

21

7. Prednosti i nedostatci elektrostatičkih taložnika

Prednosti elektrostatičkih taložnika su:

- širok dijapazon dimenzija,- mogućnost primene za razne potrebe,- prikupljaju čestice raznih dimenzija,- mogućnost rada na visokim pritiscima i temperaturama,- potrebna im je mala snaga,- visok stepen efikasnosti pri prikupljanju malih čestica.

Nedostatci su im da ne mogu da prikupljaju neke vrste prašine i gasne polutante.

22

8. Literatura

1. Bukurov, M. „Inženjerstvo okoline, Aparati za mehaničko prečišćavanje“, skripta, Novi Sad, 2004.

2. Raković, A., „Zagađivanje i prečišćavanje vazduha“, Beograd, 1981.3. Bethea, R., „Air Pollution Control Technology“, Lubbock, Texas4. Dorman, R.G., „Dust Control and Air Cleaning“5. Internet

23