Elektrostatische Nevelvanger (ESP) Uitgelegd

Wat is een elektrostatische nevelvanger (ESP)?

Een elektrostatische nevelvanger (ESP) is een apparaat dat wordt gebruikt om stofdeeltjes te verwijderen die ontstaan of vrijkomen bij verschillende industriële processen. Het doel van een ESP is om te voorkomen dat deze deeltjes in de atmosfeer terechtkomen, waar ze vervuiling kunnen veroorzaken. ESPs worden geïnstalleerd in veel soorten industriële installaties, maar ze zijn het meest herkenbaar in thermische energiecentrales waar ze deel uitmaken van het rookgasreinigingssysteem.  

Elektrostatische Nevelvanger

Het onderstaande diagram toont de positie van een ESP binnen een kolengestookte energiecentrale rookgassysteem. Een ander belangrijk onderdeel dat wordt gebruikt voor rookgasreiniging is de rookgasontzwavelaar (FDG), ook wel een ‘scrubbertoren’ genoemd; de scrubbertoren wordt links van de ESP weergegeven in het onderstaande diagram.

Rookgassysteem met ESP Gemarkeerd

Geniet je van dit artikel? Zorg er dan voor dat je onze Engineering Video Cursussen bekijkt! Elke cursus heeft een quiz, handboek, en je ontvangt een certificaat wanneer je de cursus afrondt. Geniet ervan!

Kolengestookte Energiecentrale ESPs

In kolengestookte energiecentrales (en andere thermische energiecentrale ontwerpen), wordt kolen verbrand in de verbrandingskamer (ketel of oven) in vaste of verpulverde vorm. Kolen (brandstof) wordt meestal naar de verbrandingskamer gevoerd met een gedwongen trekventilator die de benodigde verbrandingslucht levert. Verbrandingsproducten bestaan doorgaans uit rookgas dat bestaat uit rook, vliegas en zware as. Zware as valt naar de bodem van de oven en wordt periodiek verwijderd in ashoppers. De combinatie van vliegas en rook wordt verwijderd door een afzuigventilator (of ventilatoren) en afgevoerd via de rookgasstapel. Als een ESP is geïnstalleerd als onderdeel van het rookgasreinigingssysteem, bevindt deze zich tussen de afzuigventilator en de verbrandingskamer.

Processtroomdiagram van Kolengestookte Centrale

In bepaalde industrieën kan het opgevangen stof van een ESP worden verkocht in plaats van afgevoerd, maar dit hangt af van veel factoren, zoals locatie, stofeigenschappen, vraag enz.

Geschiedenis

In het verleden werd er geen rekening gehouden met stofemissies van industriële installaties. Later reageerden regeringen op rapporten van milieuagentschappen en de medische industrie over de schadelijke effecten van deeltjes die in de atmosfeer werden vrijgegeven door industriële installaties. Een voorbeeld van een dergelijk type deeltje is vliegas.

Vliegas bestaat uit oxiden van silicium, ijzer, calcium en aluminium; schadelijke stoffen zoals zwavel zijn ook aanwezig in vliegas. Studies naar de effecten van vliegas op mensen hebben aangetoond dat het ademhalingsziekten kan veroorzaken, evenals kanker, hartfalen en enkele immunologische reacties. Andere stofdeeltjes die worden uitgestoten door industriële processen, zoals kolenstof, zijn ook bekend om longziekten zoals pneumoconiose te veroorzaken. Maar problemen die voortkomen uit vliegas zijn niet alleen gekoppeld aan mensen. Het dumpen van vliegas op de bovengrond verhoogt de pH van de bovengrond en schaadt de planten en dieren in het directe ecosysteem. Het dumpen van grote hoeveelheden vliegas heeft geleid tot chemische uitloging in de bodem, met als gevolg schadelijke effecten op het aquatische leven.

Gezien de negatieve effecten van ongecontroleerde vervuiling is in de meeste landen wetgeving ingevoerd om schadelijke deeltjes volledig uit de atmosfeer te weren. De luchtverontreinigingswetten die jaren geleden zijn ingevoerd, hebben geleid tot verdere ontwikkeling van de elektrostatische nevelvanger en de wijdverspreide toepassing ervan. Aangezien veel culturen nu prioriteit geven aan de bescherming van het milieu, is het waarschijnlijk dat de wetgeving nog strenger zal worden, wat op zijn beurt zal leiden tot verdere vooruitgang in deeltjesafscheiding en steeds efficiëntere ESPs.

Tegenwoordig variëren de typische efficiënties voor stofverwijdering uit een rookgassysteem van 98% tot 99,9%. In sommige industrieën heeft het stof dat door de installatie wordt geproduceerd monetaire waarde en kunnen ESPs deze waardevolle grondstof opvangen in plaats van deze in de atmosfeer te laten ontsnappen.

Hoe Elektrostatische Nevelvangers Werken - Basis

De elektrostatische nevelvanger functioneert door deeltjes te laden binnen een gasstroom terwijl het gas door de ESP stroomt. Deze negatief geladen deeltjes worden aangetrokken tot positief geladen grote vlakke platen binnen de ESP, waar ze geleidelijk ophopen op de oppervlakken van de platen. Zodra een aanzienlijk aantal deeltjes zich op de platen heeft opgehoopt, slaat een mechanisch mechanisme (klopsysteem) op de platen, waardoor de resulterende trilling de deeltjes van de platen schudt; de deeltjes vallen vervolgens door de zwaartekracht en worden verzameld in hoppers aan de basis van de ESP.

ESP Montage Animatie

Hoe Elektrostatische Nevelvangers Werken - Geavanceerd

Elektrostatische nevelvangers hebben meestal een rechthoekige vorm met stofopvanghoppers aan hun basis. De belangrijkste componenten van een ESP bestaan uit verzamelings-/elektroden/platen, ontladings-elektroden, inlaat- en uitlaat geperforeerde schermen, isolatoren voor de ontladings-elektroden, kloppers, en een of meer elektrische transformatoren.

Typische Thermische Energiecentrale Elektrostatische Nevelvanger Componenten

Inlaat en Uitlaat Geperforeerde Schermen

ESPs hebben een gasinlaat en gasuitlaat. De gasstroom die de ESP binnenkomt, passeert door geperforeerde schermen en wordt gelijkmatig verdeeld in het interieur van de ESP; deeltjes die in de gasstroom zijn meegevoerd, worden daardoor ook gelijkmatig binnen de ESP verdeeld.

Ontladings-elektroden

Ontladings-elektroden bestaan uit een reeks draden die horizontaal over de ESP zijn gerangschikt en in meerdere rijen zijn geïnstalleerd. Elke ontladings-elektrode is verbonden met een hoogspanningsvoeding, die wordt geleverd door een elektrisch systeem bovenop de ESP-behuizing. Elektrischetransformatoren verhogen de primaire geleverde spanning (meestal ≈380V) tot enkele duizenden volts (meestal tussen 20 kV en 70 kV).

Typische Thermische Energiecentrale Elektrostatische Nevelvanger Onderdelen (close-up)

Rechthoekige Eenheid

Het elektrische systeem bevat een rechthoekige eenheid om AC-spanning om te zetten naar DC-spanning. Deze omzetting van AC naar DC-spanning is noodzakelijk om het vereiste elektrische veld te bereiken dat de deeltjes zal ioniseren terwijl ze door de ESP passeren. DC-spanning wordt naar de ontladings-elektroden gevoerd, wat resulteert in een negatief elektrisch veld rond hen. Het negatieve elektrische veld rond de ontladings-elektroden zorgt ervoor dat een negatieve lading op de deeltjes wordt overgedragen, waardoor ze worden aangetrokken tot de positief geladen verzamelplaten.

Hoe Elektrostatische Nevelvangers Werken

Verzamelings-elektroden

Verzamelings-elektroden hebben een lange dunne rechthoekige vorm en worden ook wel verzamelplaten genoemd. Deeltjes worden door elektrostatische kracht naar de platen aangetrokken. Zodra deeltjes zich op de platen hebben opgehoopt, is er een mechanisme om de platen te schudden, waardoor de deeltjes door de zwaartekracht in de verzamelhoppers aan de basis van de ESP vallen.

Elektrostatische Kracht

Klopsysteem

Het mechanisme dat wordt gebruikt om de platen te schudden (slaan/raken) wordt het klopsysteem genoemd, terwijl het proces bekend staat als kloppen. Andere klopsystemen zijn beschikbaar, natte ESPs gebruiken water om de platen te spoelen, terwijl droge ESPs geen water gebruiken (het eerder genoemde mechanisme is het droge type ESP).

Verzamelplaat Klopsysteem

Kloppers/hamers zijn verbonden met een elektromotor via een reductiekast met een gemeenschappelijke as. Wanneer het systeem wordt gestart, draaien de hamers en botsen ze met de verzamelplaten. Wanneer de hamer de verzamelplaten raakt, worden de opgehoopte deeltjes op de oppervlakken van de verzamelplaten door de resulterende trillingen vrijgegeven en vallen ze in de verzamelhoppers aan de basis van de ESP.

Transportsysteem

Deeltjes/stof wordt uit de hoppers verwijderd via een transportsysteem; het kan vervolgens direct worden afgevoerd naar een vrachtwagen, treinwagon, schuit of schip. Een andere optie is om het verzamelde deeltje af te voeren naar slurry plant hoppers, waar het wordt gemengd met water om een slurry te vormen. Als het deeltje monetaire waarde heeft, kan het worden vervoerd en droog opgeslagen in een grote silo; dit is meestal het geval met vliegas omdat het kan worden verkocht aan cementfabrikanten.  

Hoe ESPs Werken Samenvatting

Het proces dat plaatsvindt in een ESP kan worden samengevat door het onderstaande schema.

 Elektrostatische Nevelvanger Processtroom

Onderhoud van Elektrostatische Nevelvangers

Het onderhoud van een elektrostatische nevelvanger is voornamelijk gericht op de mechanische en elektrische componenten. De volgende veelvoorkomende problemen kunnen leiden tot een vermindering van de ESP-efficiëntie:

• Verlies van het elektrische veld door breuk van de ontladingsdraad - dit gebeurt meestal door erosie van onderdelen door stofdeeltjes, of door overvolle verzamelhoppers die kortsluiting van sommige ontladingsdraden veroorzaken; een overvolle situatie wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Overvolle Elektrostatische Nevelvanger (verzamelings-elektroden zijde)

• Onvermogen van het klopsysteem om stof van de verzamelplaten te verwijderen door verlies van aandrijving op het klopsysteem - dit gebeurt meestal wanneer de motorscheringspen breekt door een vastgelopen lager op de gemeenschappelijke as.

Bovenstaande defecten kunnen alleen worden verholpen wanneer de ESP off-load (offline) is. Onderhoudswerkzaamheden omvatten het betreden van de ESP en het visueel inspecteren van de componenten en onderdelen. Om de ESP te betreden, moeten de hoppers mogelijk eerst worden geleegd. Om deze reden worden onderhoudswerkzaamheden meestal binnen enkele dagen voltooid. Tijdens een langdurige stilstand worden meestal de volgende onderhoudstaken uitgevoerd (afhankelijk van het ESP-ontwerp):

• Wassen/spoelen van de nevelvanger.
• Stil-luchttests om de sterkte van het ontwikkelde elektrische veld rond de ontladings-elektroden te controleren.
• Rechttrekken van gebogen ontladings- en verzamelings-elektroden.
• Vervanging van versleten verzamelplaten.
• Vervanging van beschadigde ontladings-elektroden.
• Revisie van klopperlagerassemblages.
• Vervanging van beschadigde klopperhamers.

Onderhoud van elektrische componenten op de ESP omvat meestal het controleren van de ontladings-elektrode isolatoren op schade en de functionaliteit van motoren en spanningsomvormers. Spanningsomvormers zijn meestal van het hermetische transformator ontwerp en moeten worden onderhouden volgens het onderhoudsplan voor elektrische machines van de installatie.

Tip – het onderhoud van ESP elektrische transformatoren wordt vaak verwaarloosd vanwege hun locatie (bovenop de ESP). Hoewel elektrische transformatoren zeer betrouwbaar zijn, zijn er gevallen geweest waarin ESP-transformatoren zijn uitgevallen en in brand zijn gevlogen; dit is vooral een probleem bij hermetische transformatoren omdat ze minerale olie bevatten. Vanwege de locatie van een ESP-transformator bovenop de ESP is het moeilijk om de brand te blussen, zelfs wanneer de brandweer arriveert met gespecialiseerd materieel en machines. Om deze reden kan de brand worden overgelaten om in een gecontroleerde manier uit te branden, met als gevolg aanzienlijke stilstandtijd (ongeplande uitvaltijd).

Gerelateerde Online Engineering Cursussen

Elektrostatische Nevelvangers (ESP)

Hoe Kolengestookte Energiecentrales Werken

Aanvullende Bronnen

https://en.wikipedia.org/wiki/Electrostatic_precipitator

https://www.babcock.com/resources/learning-center/basic-esp-operation

https://energyeducation.ca/encyclopedia/Electrostatic_precipitator

https://power.mhi.com/products/aqcs/lineup/dust-collector