Reducerea emisiilor de pulberi

Filtre electrostatice: uscate si umede

31.Introducere

42.Masuri de reducere a pulberilor

42.1 Masuri de reducere a impactului asupra apei

42.2 Masuri de reducere a impactului asupra aerului

42.3 Masuri de reducere a impactului asupra solului si subsolului

52.4 Masuri pentru diminuarea emisiei de pulberi prin cosul de fum

53. Filtre electrostatice

82.1 Filtre electrostatice umede

102.2 Filtre electrostatice uscate

174. Concluzii

185. Bibliografie

1.Introducere

Coninutul de poluani evacuai n atmosfer depinde de tipul combustibilului utilizat la ardere. Cea mai mare poluare o produce crbunele. Principalii poluani sunt pulberile evacuate sub form de cenu i gazele de ardere; n cenu se gsesc oxizi, sulfai, fosfai, azotai ai diverselor substane, care polueaz solul i apele. De asemenea, poluarea apare datorit CO2, SO2, NOx din gazele de ardere. [1] Majoritatea termocentralelor mari din ara noastr dateaz din perioada n care, dispersia gazelor de ardere prin couri de fum nalte era considerat un mijloc eficient i suficient pentru protecia calitii vieii i a mediului nconjurtor. nlimea courilor de fum era astfel calculat, nct emisiile de gaze i pulberi s nu depeasc normativele n vigoare din perioada respectiv. [2] Fenomenul de poluare produs de termocentrale a fost accentuat de calitatea slab a crbunilor, a echipamentelor de ardere i a celor de purificare a gazelor de ardere. n acest fel, pentru fiecare kilowatt de electricitate produs, termocentralele romneti au emis n atmosfer cantiti duble de gaze de ardere ncrcate cu dioxid de carbon, oxizi de azot i sulf i diferite pulberi (metale grele, cenui zburtoare, etc.). [2] Courile de fum reprezint "sursele nalte" de poluare ale mediului n timp ce haldele de cenu "sursele joase". Sursele nalte evacueaz n atmosfera cantiti mari de poluani gazoi, pulberi metalice i cenui zburtoare. Poluanii de acest gen sunt dispersai pe distane mari, funcie de nlimea coului, viteza gazelor la ieirea de pe co, direcia i intensitatea curenilor de aer. Efectul major al surselor joase, reprezentate de haldele de cenu, asupra mediului nconjurtor l constituie nsui materialul depus n astfel de depozite i anume, cenua. Ambele surse acioneaz mpreun, influena lor asupra mediului nconjurtor cumulndu-se. [2] Spre deosebire de coul termocentralelor, haldele de cenu contribuie la poluarea local a mediului ambiant, compartimentul cel mai afectat fiind solul. Construcia haldelor de cenu are ca efect distrugerea solurilor pe o suprafa cel puin echivalent cu cea a haldelor i antropizarea celor din jur pe circa 20 30 % din suprafaa aferent haldei. Spre deosebire de poluarea spaial, acest tip de poluare are un efect imediat i total asupra solurilor. [2] Pn n anul 2012, n Romnia, pentru instalaiile mari de ardere, a combustibililor solizi, nivelul permisiv al emisiilor de pulberi este de 100 mg/Nm pentru instalaiile existente i 50 mg/Nm pentru instalaiile noi. Printre tehnicile de filtrare cel mai adesea utilizate pentru reinerea particulelor existente n gazele rezultate n urma diferitelor activiti industriale, un loc important l ocup precipitatoarele electrostatice (numite i filtre electrostatice sau electrofiltre). [2]2.Masuri de reducere a pulberilor

2.1 Masuri de reducere a impactului asupra apei

Prin adoptarea tehnologiei de transport zgura si cenusa in slam dens, datorita limitarii capacitatii de curgere a hidroamestecului se reduce riscul aparitiei de infiltratii de apa din depozite in panza freatica si pericolul contaminarii apelor pluviale prin dizolvarea sarurilor din deseurile de ardere. [8]2.2 Masuri de reducere a impactului asupra aerului

Adoptarea masurii de transport zgura si cenusa in fluid dens se face tocmai pentru diminuarea impactului asupra aerului prin prevenirea spulberarii cenusii de pe depozite de catre vant, deci putem considera investitia benefica pentru protectia mediului inconjurator. In timpul executarii instalatiei, pentru reducerea impactului asupra aerului:

se va avea in vedere ingradirea suprafetei de lucru, in timpul demolarilor, pentru evitarea degajarii de praf.

utilajele auto folosite vor respecta normele de poluare.

digurile de contur vor fi acoperite cu pamant vegetal si vor fi inierbate, acest lucru avand consecinte favorabile si asupra peisajului. [8]2.3 Masuri de reducere a impactului asupra solului si subsolului

Pentru protectia solului si subsolului la depozitele de zgura si cenusa se are in vedere:

reamenajarea sistemului de captare a apelor ( conducta de recirculare si puturi colectoare) pe depozitele existente pentru captarea apelor pluviale.

prevederea de drenaje locale in zonele de depunere a slamului dens, precum si drenaj exterior digurilor de suprainaltate, pentru captarea apelor meteorice. placarea digurilor de slam dens cu pamant vegetal.

Automatizarea completa a functionarii electrofiltrelor reprezinta o masura buna de reducere a pulberilor. [8]2.4 Masuri pentru diminuarea emisiei de pulberi prin cosul de fumPentru a diminua cantitatea de pulberi emisa in aerse vor imbunatati performantele electrofiltrelor ajungand sa functioneze cu un randament de 99%.

Pentru a dispersa pulberilor pe suprafete cat mai mari se recomanda construirea de cosuri mai inalte. Pentru functionarea optima a electrofiltrelor, acestea se vor dota cu sisteme moderne de automatizare. [8]3. Filtre electrostaticeFiltrele electrostatice (denumite curent electrofiltre), realizeaza separatia 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. [3]

Avantajele comparative ale utilizarii filtrelor electrostatice in raport cu alte aparate colectoare de particule sunt:

posibilitatea utilizarii la temperaturi ridicate ale gazelor purtatoare (200250C) si prin urmare se pot utiliza si furnale si generatoare de abur;

au o extrem de mica cadere de presiune (1025 Pa), astfel incat costurile cu energie electrica consumata de ventilatoare este minima;

eficienta colectari este extreme de mare (9499,5%), daca utilizarea este adecvata tipului de praf, insa daca proprietatile prafului nu sunt bine cunoscute aceasta eficienta scade la 9295%;

pot acoperi un larg domeniu de marimi de particule si concentratii de praf, 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. [3] 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 vibratii brutale ale rezistivitatii prafului si debitului de gaz. [3]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 negative in spatiul dintre electrodul central si suprafata din afara tubului. Ionizarea are loc sub actiunea unei tensiuni electrice 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 1.

Fig.1. [3]b - distanta dintre electrozii de ionizare (-) si cei de depunere (+)

w - viteza de migrare a particulelor de praf spre electrozii de depunere

- viteza de curgere a gazelor continand praf prin electrofiltru

Viteza de depunere se poate calcula cu relatia:

W=zeE/3dp

unde:

z - numar mediu de purtatori de sarcina pe particul;

e [C] - sarcina electronului;

E [V/m] - intensitatea campului electric aplicat;

[kg/ms] - vascozitatea dinamica a gazului;

dp [m] - diametrul particulei de praf.

Aceasta viteza de depunere este teoretica, dar in realitate se abate de la valoarea teoretica, cum se vede si in fig.2. [3]

Factorii care influenteaza viteza de depunere, diminuand-o, sunt: incarcarea suprafetei de depunere;

intensitatea curentului;

sectiunea de trecere prin electrofiltru;

suprafata totala;

continutul de sulf din particule;

concentratia prafului;

continutul de carbon nears (funingine);

suprafata granulelor de cenusa. [3]2.1 Filtre electrostatice umede

Filtrele electrostatice umede pentru picaturi si vapori sunt esentiale pentru procesul de eliminare a umiditatii gazelor. In figura se prezinta un precipitator cu curatare umeda cu electrozi colectori tubulari. Irigarea suprafetei colectoare se face pe la partea superioara a tuburilor.[4]

Filtru electrostatic umed

Un tip alternativ de filtru electrostatic cu electrozi colectori de tip plan este redat in figura urmatoare.

In aceasta forma, electrozii suplimentari sunt frecvent adaugati deasupra pulverizatoarelor, pentru garantarea spalarii intregii suprafete.

Proiectarea multor precipitatori electrostatici este similara cu sistemele conventionale, exceptand problemele mentinerii in stare uscata a izolatorilor, de minimizare a coroziunii si depozite pentru colectarea namolului.

Utilizarea acestor filtre electrostatice umede este avantajoasa datorita eficientei foarte bune (peste 99%) concomitent cu utilizarea experientei acumulate de la filtrele electrostatice uscate si a unei pierderi de presiune reduse.[4]

2.2 Filtre electrostatice uscate

Filtrele electrostatice de tip uscat pot separa particulele solide de praf din gazul procesat(prelucrat), folosind fenomenul electrostatic.(incarcaturi electrice artificiale).

Precipitatoarele uscate sunt folosite frecvent pentru separarea prafului din gazele fierbinti precum si din volumele mari de gaz.[5]Scurta descriere tehnica:

- Distributia optima a gazului prin placile de ghidare si placile perforate, care pot fi ajustate cu orificii care permit separarea unei cantitati mai mari de gaz;

- Ghidarea orizontala a gazului prin elementele de filtrare cu ajutorul discurilor de precipitatie ajustabile;

- Eficienta foarte buna la separare prin controlul cu microprocesor de inalta tensiune;

- Ramele deflectoare cu electrozi ascutiti, confectionati din benzi de otel inoxidabil sunt aranjate central in cadrul elementelor de filtrare;

- Electrozii sunt atasati cu suruburi si saibe care se blocheaza automat;

- Curatarea electrozilor este realizata prin sisteme motorizate, care functioneaza periodic;

- Disponibilitatea ridicata este garantata prin diferentele de lungime a elementelor filtrante de la 300 la 400 mm;

- Izolatiile, aparatoarele filtrelor si descarcatorul de praf sunt incalzite electric;

- Gazele emanate ce contin praf pot fi curatate cu pierdere scazuta de presiune si cu un grad ridicat de separatie;

- Folosirea cicloanelor pentru preseparare nu este necesara in mod obisnuit deoarece particulele incalzite de praf nu pot deteriora filtrele

- Cele mai fine si cele mai dure particule de praf sunt retinute pentru a corespunde cerintelor standardelor privind emisia;

- Operatiunile de intretinerea si costurile de intretinere sunt foarte scazute datorita putinelor componente;

- Procesul de separare are loc continuu

- Rata de curgere de la 1000 la 500000 m 3 /h la temperature de aproximativ 450 o C pot fi coordonate fara probleme. [5]Precipitatoarele electrostatice standard:

Aceste tipuri de filtre pot fi oferite la un pret foarte scazut datorita conceptului modular;

Modulele preasamblate dau posibilitatea unei asamblari la fata locului rapide si necostisitoare;

Modelul simplu asigura o ridicata disponibilitate si o lunga durata de viata;

Livrarile standard cuprind: izolatia, asamblarea, legaturi electrice, structura de otel si descarcatoare de praf;

Componentele suplimentare, cum ar fi conducte, ventilatoare etc dunt desigur disponibile.[5]Precipitatoare electrostatice foarte mici si miciAvand in vedere ca folosirea biomasei pentru producerea energiei este sprijinita de programele nationale avansate, este nevoie ca solutiile de operare economice si lipsite de probleme sa epureze instalatiile boiler de dimensiuni reduse intre 500 si 1500 KW ce indeplinesc continutul cerut de praf epurat de 50 mg/Nm 3 Precipitatoarele electrostatice mici sunt construite special pentru aceste aplicatii.

Aceasta tehnica originara de la precipitatoarele electrostatice standars poate fi transferata la precipitatoarele electrostatice mici pe scara larga. In acest fel este garantat faptul ca filtrele mici au aceleasi performante ca si filtrele standard.

Frecvent modulele pre-asamblate dau in acelasi mod posibilitatea unei asamblari necostisitoare si la fata locului.

- Temperatura: 220 grade Celsius;

- Rata de curgere: 9000 m 3 /h;

- Eficienta separarii: 90%.[5]Precipitatoare electrostatice mici

Pentru boilere cu o degajare termica de la 1 la 2,5 MW;

5 marimi diferite pentru rate de curgere incepand de la 3000 pana la 9000 m 3 /h;

inaltimile structurii intre 6,0 si 6,7 m;

asamblarea direct sub acoperis posibila datorita deschiderilor plasate lateral;

gama de dotari standard include sistemul electric, izolatia, montarea, conecxiune cablata, structura de otel si descarcator de praf.[5] Precipitatoare electrostatice foarte mici

Acestea sunt facute special pentru boilere mici cu degajare termica pana la 1 MW cu aprinderea biomasei;

2 marimi diferite pentru cantitati de gaz de la 900 la 3000 m 3 /h;

gama de dotari standard include sistemul electric, izolatia, montarea, conecxiune cablata, structura de otel si descarcator de praf.

Inaltimea totala intre 3,0 si 4,0 m;

Este posibila instalarea direct sub acoperisul halei. [ 5]Cele mai frecvente deranjamente care pot apare n functionarea electrofiltrelor:

-Functionarea defectuoasa a instalatiei de evacuare a cenusii de la electrofiltre, cenusa care se acumuleaza n plnii si poate ajunge pna la nivelul electrozilor, provocnd scurt circuit. n aceasta situatie, celula electrofiltrului este scoasa de sub tensiune si ea se va repune dupa golirea plniei si punerea n ordine a instalatiei de evacuare a cenusii.

-Murdarirea sau fisurarea izolatorilor electrici ca conduce la conturnari, la scaderea tensiunii si deci a gradului de separare al electrofiltrului. Izolatorii murdari se curata, iar cei fisurati se nlocuiesc, cu instalatia oprita si scoasa de sub tensiune.

-Ruperea unui electrod de emisie ce poate provoca un scurtcircuit sau o scadere a nivelului tensiunii n electrofiltru. Electrodul rupt trebuie ndepartat, cu oprirea instalatiei si scoatere sa de sub tensiune.

-Daca nu functioneaza toate mecanismele de scuturare, se poate forma un pod de cenusa ntre electrozi si prin urmare un scurtcircuit. n acest caz trebuie repuse n functiune toate mecanismele de scuturare. [6]Principalele caracteristici tehnice ale electrofiltrelor sunt:

- Debitul de gaze naintea electrofiltrelor 1.698.000 Nm3/h (739 m3/s)

- Temperatura gazelor arse naintea electrofiltrelor 140 C

- Continutul de praf (de cenusa al gazului neepurat 67,7 g/Nm3

- Continutul de materiale combustibile din praful gazului neepurat 55,9 %

- Gradul de desprafuire 99,13 %

- Continutul de praf al gazului epurat 0,5 g/Nm3

- Numarul de camere de desprafuire [6]Caracteristicile unei camere de desprafuire:

- numarul celulelor 2

- numarul trecerilor 70

- naltimea cmpului 12,25 cm

- lungimea cmpului 2x4,32=8,64 m

- suprafata de depunere 14,817 m2

- viteza gazelor arse 2 m/s

- timpul de parcurgere 4,33 s

- viteza de migratie 11,83 cm/s

- numarul sistemelor de scuturare a electrozilor de depunere 4

- numarul sistemelor de scuturare a electrozilor de emisie 8

- numarul de agregate de nalta tensiune 2

- tensiunea nominala (n curent continuu) 75 kW

- puterea de racordare 2x200=400 kVA

- intensitatea maxima de curent continuu furnizata 2x2850=5700 A [6]Schema unui Electrofiltru cu trei zone: [6]

Carcasa electrofiltrului este o constructie sudata din tabla de otel, etansa la gaze, rigidizata corespunzator cu ajutorul unor pofile pentru a face fata depresiunii ce se naste n cursul exploatarii. n partea inferioara carcasa are buncarele n care se colecteaza cenusa separata. Pentru a evita situarea sub punctul de roua, carcasa filtrului este izolata termic. Sistemul de electrozi este format din electrozii de depunere si electrozii de emisie. Pentru a evita antrenarea cenusii pe durata scuturarii, electrozii de depunere sunt formati din profile CS, crescnd astfel zona de stagnare si mpiedicnd astfel antrenarea cenusii. Acestia se fixeaza prin suruburi la partea de sus n suporti placilor de grinzi de sustinere iar la partea de jos se fixeaza de barele nicovalelor. Spatiul dintre doua rnduri se numeste trecere.[6]Electrozii de depunere montati unul dupa altul formeaza suprafete verticale, denumite suprafete de depunere. Electrozii de emisie sunt compusi din electrozi de srma avnd sectiunea de stea, montati n rame tubulare. Ramele tubulare (ramele de emisie) sunt montate n mijlocul trecerilor formate de electrozii de depunere. Ramele cu electrozii de emisie sunt suspendate de grinzile de plafon ale carcasei electrofiltrului, fiind izolate electric de acestea prin intermediul unor izolatori conici de cuart. [6] Izolatorii sunt prevazuti cu un sistem de ncalzire pentru evitarea unor depuneri umede si aparitiei unor strapungeri. Pentru curatirea periodica a electrozilor de depunere de praful separate servesc mecanismele de scuturare a placilor. Acestea constau din: sistem de actionare cu electromotor si reductor si reductor, arbore, ciocane de lovire (decalate dupa o curba spirala pe arborele portciocane), barele de lovire (leaga toti electrozii de depunere ai unui rnd). Atunci cnd se realizeaza punerea n functiune a dispozitivelor de scuturare (ciocanele ce bat n electrozi) se vor scutura att electrozii de depunere ct si ramele de ionizare (operatie cunoscuta n practica ca bataia la tambale). Scuturarea are o functionare ciclica: perioade de scuturare urmate de perioade de oprire a scuturarii. Intervalul ntre doua scuturari se poate modifica n limite largi. Mecanismul de scuturare a electrozilor de emisie este format din mecanismul biela-manivela, dispozitivul cu clichet, arborele portciocane, ciocanele de lovire, nicovale fixate pe ramele de emisie. Dispozitivul cu clich asigura prin nclichetarea sa ridicarea ciocanelor de lovire de pe arborele de scuturare n timpul cursei ascendente. nainte de a atinge punctul superior, dispozitivul cu clichet elibereaza tija, astfel ca ciocanele cad liber pe nicovale.[6]4. Concluzii - Poluarea atmosferei este una dintre principalele probleme de mediu, att ca frecven i amploare a fenomenului ct i ca interferen cu alte aspecte de mediu, ceea ce duce la efecte sinergice ce pun n pericol calitatea mediului la nivel global i pe termen lung i in acelai timp sntatea uman. [7]- Evaluarea impactului activitilor industriale este important pentru protejarea sntii umane i a mediului, iar perfecionarea continu a metodelor de lucru poate face acest proces complex mai accesibil, mai eficace i mai eficient. [7]- Diminuarea impactului pulberilor asupra mediului se poate face prin multe metode in functie de componenta mediului( apa, aer, sol, subsol).- Despre cenuile de termocentral rezultate n urma arderii crbunilor se poate spune c au efecte din cele mai nocive att asupra sntii umane producnd boli din cele mai diverse, ct i asupra solului, construciilor, mediului nconjurtor.[8]- Datorit polurii realizate de cenuile i pulberile rezultate n urma arderii crbunelui n prezent se ncearc reducerea polurii prin adoptarea de noi tehnologii capabile s reduc ct mai mult efectele nocive ale acestora.[8] - Filtrele elctrostatice imbunatatesc radical calitatea aerului degajat din termocentrale si reprezinta una dintre cele mai bune metode de filtrare, utilizata pentru diminuarea actiunii negative a pulberilor.

5. Bibliografie

[1] - http://www.utgjiu.ro/conf/8th/S6/35.pdf[2] - http://cis01.central.ucv.ro/upload/lucrari_dr/429_rez-ro.pdf [3] - http://www.spms.pub.ro/fisiere/depoluare/curs/cap05.pdf [4] - http://www.spms.pub.ro/fisiere/depoluare/curs/cap09.pdf [5] - http://www.aldex.ro/ro/pr03.html [6] - http://www.spms.pub.HYPERLINK "http://www.spms.pub.ro/fisiere/ef.pdf"rHYPERLINK "http://www.spms.pub.ro/fisiere/ef.pdf"o/fisiere/ef.pdf [7] - http://tinyurl.com/m89js8m ( unibuc.ro - Universitatea Bucuresti ) [8] - Foanene Adriana; Lucrarea :" Posibilitati de reducere a emisiei de pulberi la CTE Rovinari"