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.
Далее поток направляется в ионизатор с коронирующими проволочными и заземленными пластинчатыми электродами. От блока высокого напряжения на электроды подается порядка 12 киловольт.
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.