Elektrostatyczny Odpylacz (ESP) Wyjaśniony

Czym jest elektrostatyczny odpylacz (ESP)?

Elektrostatyczny odpylacz (ESP) to urządzenie przeznaczone do wychwytywania cząstek pyłu, które są generowane lub uwalniane przez różne procesy przemysłowe. Celem ESP jest zapobieganie przedostawaniu się tych cząstek do atmosfery, gdzie mogą powodować zanieczyszczenie. ESP są instalowane w wielu typach zakładów przemysłowych, ale najczęściej spotykane są w elektrowniach cieplnych, gdzie stanowią część systemu oczyszczania gazów spalinowych.  

Elektrostatyczny Odpylacz

Poniższy diagram pokazuje pozycję ESP w systemie gazów spalinowych elektrowni węglowej. Innym ważnym elementem używanym do oczyszczania gazów spalinowych jest odsiarczacz gazów spalinowych (FDG), znany również jako ‘wieża zraszająca’; wieża zraszająca jest pokazana po lewej stronie ESP na poniższym diagramie.

System Gazów Spalinowych z Wyróżnionym ESP

Podoba Ci się ten artykuł? Koniecznie sprawdź nasze Kursy Wideo z Inżynierii! Każdy kurs zawiera quiz, podręcznik, a po ukończeniu kursu otrzymasz certyfikat. Miłej nauki!

ESPy w Elektrowniach Węglowych

W elektrowniach węglowych (i innych projektach elektrowni cieplnych), węgiel jest spalany w komorze spalania (kotle lub piec) w formie stałej lub rozpyłonej. Węgiel (paliwo) jest zazwyczaj podawany do komory spalania za pomocą wentylatora nadmuchowego, który dostarcza niezbędne powietrze do spalania. Produkty spalania zazwyczaj składają się z gazów spalinowych zawierających dym, popiół lotny i ciężki popiół. Ciężki popiół opada na dno pieca i jest okresowo usuwany do zbiorników popiołu. Połączenie popiołu lotnego i dymu jest usuwane przez wentylator wyciągowy (lub wentylatory) i usuwane przez komin. Jeśli ESP jest zainstalowany jako część systemu oczyszczania gazów spalinowych, znajduje się między wentylatorem wyciągowym a komorą spalania.

Schemat Przepływu Procesu Elektrowni Węglowej

W niektórych branżach wychwycony pył z ESP może być sprzedawany zamiast usuwany, ale zależy to od wielu czynników, np. lokalizacji, właściwości pyłu, popytu itp.

Historia

W przeszłości nie zwracano uwagi na emisje pyłów z zakładów przemysłowych. Później rządy zareagowały na raporty agencji ochrony środowiska i przemysłu medycznego dotyczące szkodliwych skutków cząstek, które były uwalniane do atmosfery z zakładów przemysłowych. Przykładem takiego rodzaju cząstek jest popiół lotny.

Popiół lotny składa się z tlenków krzemu, żelaza, wapnia i aluminium; szkodliwe substancje takie jak siarka są również zawarte w popiele lotnym. Badania nad wpływem popiołu lotnego na ludzi wykazały, że może on powodować choroby układu oddechowego, a także raka, niewydolność serca i niektóre reakcje immunologiczne. Inne pyły emitowane z procesów przemysłowych, takie jak pył węglowy, są również znane z powodowania chorób płuc takich jak pylica. Ale problemy związane z popiołem lotnym nie dotyczą tylko ludzi. Wysypywanie popiołu lotnego na glebę wierzchnią zwiększa pH gleby i szkodzi roślinom i zwierzętom w bezpośrednim ekosystemie. Duże ilości popiołu lotnego mogą powodować wymywanie chemiczne do gleby, co ma szkodliwy wpływ na życie wodne.

Z uwagi na negatywne skutki niekontrolowanego zanieczyszczenia, w większości krajów wprowadzono przepisy mające na celu zmniejszenie szkodliwych cząstek wchodzących do atmosfery. Prawa dotyczące zanieczyszczenia powietrza wprowadzone lata temu doprowadziły do dalszego rozwoju elektrostatycznego odpylacza i jego powszechnego zastosowania. Ponieważ wiele kultur obecnie priorytetowo traktuje ochronę środowiska, przepisy prawdopodobnie będą jeszcze bardziej rygorystyczne, co z kolei doprowadzi do dalszych postępów w separacji cząstek i coraz bardziej wydajnych ESP.

Obecnie typowe wydajności usuwania pyłów z systemu gazów spalinowych wynoszą od 98% do 99,9%. W niektórych branżach pył wytwarzany przez zakład ma wartość pieniężną i ESP mogą wychwytywać tę cenną substancję, zamiast pozwalać jej na wydostanie się do atmosfery.

Jak Działają Elektrostatyczne Odpylacze - Podstawy

Elektrostatyczny odpylacz działa poprzez ładowanie cząstek w strumieniu gazu, gdy gaz przepływa przez ESP. Te ujemnie naładowane cząstki są przyciągane do dodatnio naładowanych dużych płyt w ESP, gdzie stopniowo gromadzą się na powierzchniach płyt. Gdy na płytach zgromadzi się znaczna liczba cząstek, mechanizm mechaniczny (system stukania) uderza w płyty, a wynikająca z tego wibracja strząsa cząstki z płyt; cząstki następnie opadają pod wpływem grawitacji i są zbierane w zbiornikach u podstawy ESP.

Animacja Montażu ESP

Jak Działają Elektrostatyczne Odpylacze - Zaawansowane

Elektrostatyczne odpylacze zazwyczaj mają prostokątny kształt z zbiornikami na pył zainstalowanymi u ich podstawy. Główne komponenty ESP składają się z elektrod zbierających/płyt, elektrod wyładowczych, perforowanych ekranów wlotowych i wylotowych, izolatorów dla elektrod wyładowczych, stukaczy oraz jednego lub więcej transformatorów elektrycznych.

Typowe Komponenty Elektrostatycznego Odpylacza w Elektrowni Cieplnej

Perforowane Ekrany Wlotowe i Wylotowe

ESP mają wlot gazu i wylot gazu. Strumień gazu wchodzący do ESP przechodzi przez perforowane ekrany i jest równomiernie rozprowadzany wewnątrz ESP; cząstki unoszone w strumieniu gazu są w konsekwencji również równomiernie rozprowadzane wewnątrz ESP.

Elektrody Wyładowcze

Elektrody wyładowcze składają się z szeregu drutów ułożonych poziomo w poprzek ESP i zainstalowanych w kilku rzędach. Każda elektroda wyładowcza jest podłączona do wysokiego napięcia, które jest dostarczane z systemu elektrycznego znajdującego się na szczycie obudowy ESP. Transformatory elektryczne zwiększają napięcie pierwotne (zwykle ≈380V) do kilku tysięcy woltów (zwykle między 20 kV a 70 kV).

Typowe Części Elektrostatycznego Odpylacza w Elektrowni Cieplnej (zbliżenie)

Jednostka Prostująca

System elektryczny zawiera jednostkę prostującą do przekształcania napięcia AC na napięcie DC. Ta transformacja napięcia AC na DC jest konieczna do osiągnięcia wymaganego pola elektrycznego, które jonizuje cząstki przechodzące przez ESP. Napięcie DC jest podawane do elektrod wyładowczych, co powoduje generowanie ujemnego pola elektrycznego wokół nich. Ujemne pole elektryczne wokół elektrod wyładowczych powoduje, że cząstki otrzymują ujemny ładunek, co powoduje ich przyciąganie do dodatnio naładowanych płyt zbierających.

Jak Działają Elektrostatyczne Odpylacze

Elektrody Zbierające

Elektrody zbierające mają długi, cienki, prostokątny kształt i są również nazywane płytami zbierającymi. Materia cząsteczkowa jest przyciągana do płyt przez siłę elektrostatyczną. Gdy cząstki zgromadzą się na płytach, istnieje mechanizm do potrząsania płytami, co powoduje, że cząstki opadają pod wpływem grawitacji do zbiorników zbierających u podstawy ESP.

Siła Elektrostatyczna

System Stukania

Mechanizm używany do potrząsania (uderzania) płytami nazywany jest systemem stukania, a proces znany jest jako stukanie. Inne systemy stukania są dostępne, mokre ESP używają wody do płukania płyt, podczas gdy suche ESP nie używają wody (wcześniej wspomniany mechanizm to suchy typ ESP).

System Stukania Płyt Zbierających

Stukacze/młotki są połączone z silnikiem elektrycznym za pomocą reduktora z wspólnym wałem. Gdy system jest uruchamiany, młotki obracają się i uderzają w płyty zbierające. W wyniku uderzenia młotka w płyty zbierające, zgromadzone cząstki na powierzchniach płyt zbierających są uwalniane przez wynikające z tego wibracje i opadają do zbiorników zbierających u podstawy ESP.

System Transportowy

Cząstki/pył są usuwane ze zbiorników za pomocą systemu transportowego; mogą być następnie wyładowane bezpośrednio do ciężarówki, wagonu kolejowego, barki lub statku. Inną opcją jest wyładowanie zgromadzonych cząstek do zbiorników zakładu szlamowego, gdzie są mieszane z wodą w celu utworzenia szlamu. Jeśli cząstki mają wartość pieniężną, mogą być transportowane i przechowywane na sucho w dużym silosie; zazwyczaj tak jest w przypadku popiołu lotnego, ponieważ może być sprzedawany producentom cementu.  

Podsumowanie Działania ESP

Proces, który zachodzi w ESP, można podsumować za pomocą poniższego schematu.

 Przepływ Procesu Elektrostatycznego Odpylacza

Konserwacja Elektrostatycznego Odpylacza

Konserwacja elektrostatycznego odpylacza koncentruje się głównie na komponentach mechanicznych i elektrycznych. Następujące powszechne problemy mogą prowadzić do zmniejszenia wydajności ESP:

• Utrata pola elektrycznego z powodu zerwania drutu wyładowczego - zazwyczaj dzieje się to z powodu erozji części przez cząstki pyłu lub z powodu przepełnienia zbiorników zbierających, co prowadzi do zwarcia niektórych drutów wyładowczych; scenariusz przepełnienia jest pokazany na poniższym obrazku.

Przepełniony Elektrostatyczny Odpylacz (strona elektrod zbierających)

• Niezdolność systemu stukania do usunięcia pyłu z płyt zbierających z powodu utraty napędu w systemie stukania - zazwyczaj dzieje się to, gdy trzpień ścinający silnika ulega zerwaniu z powodu zatarcia łożyska na wspólnym wale.

Powyższe wady można naprawić tylko wtedy, gdy ESP jest wyłączony (offline). Prace konserwacyjne obejmują wejście do wnętrza ESP i wizualną inspekcję komponentów i części. Aby wejść do ESP, zbiorniki mogą być najpierw opróżnione. Z tego powodu prace konserwacyjne zazwyczaj trwają kilka dni. Podczas długoterminowego wyłączenia zazwyczaj wykonywane są następujące zadania konserwacyjne (w zależności od konstrukcji ESP):

• Mycie/płukanie odpylacza.
• Testy w stanie spoczynku w celu sprawdzenia siły rozwiniętego pola elektrycznego wokół elektrod wyładowczych.
• Prostowanie wygiętych elektrod wyładowczych i zbierających.
• Wymiana zużytych płyt zbierających.
• Wymiana uszkodzonych elektrod wyładowczych.
• Renowacja zespołów łożysk stukaczy.
• Wymiana uszkodzonych młotków stukaczy.

Konserwacja komponentów elektrycznych w ESP zazwyczaj obejmuje sprawdzanie izolatorów elektrod wyładowczych pod kątem uszkodzeń oraz funkcjonalności silników i transformatorów napięcia. Transformatory napięcia zazwyczaj mają konstrukcję hermetyczną i powinny być konserwowane zgodnie z planem konserwacji maszyn elektrycznych zakładu.

Wskazówka – konserwacja transformatorów elektrycznych ESP jest często zaniedbywana z powodu ich lokalizacji (na szczycie ESP). Chociaż transformatory elektryczne są bardzo niezawodne, zdarzały się przypadki, gdy transformatory ESP ulegały awarii i zapalały się; jest to szczególnie problematyczne w przypadku transformatorów hermetycznych, ponieważ zawierają olej mineralny. Ze względu na lokalizację transformatora ESP na szczycie ESP, trudno jest ugasić pożar nawet po przybyciu straży pożarnej z specjalistycznym sprzętem i maszynami. Z tego powodu pożar może być pozostawiony do ‘wypalenia się’ w kontrolowany sposób, co skutkuje znacznym czasem przestoju (nieplanowanym czasem wyłączenia).

Dodatkowe Zasoby

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