Główną przewagą filtrów elektrostatycznych nad filtrami ceramicznymi czy workowymi jest zdolność do separacji pyłu o bardzo małych wymiarach charakterystycznych – już od 0,005 µm.
Jednym z najistotniejszych problemów cywilizacyjnych, z którymi obecnie się zmagamy, jest degradacja środowiska naturalnego. Postęp gospodarczy, rozwój przemysłu czy zwiększające się zapotrzebowanie na energię wszystkich postaci skutkują szeregiem niekorzystnych zjawisk. Na przestrzeni ostatnich lat ich skala i istota zwiększały się w zastraszającym tempie. Poważny problem stanowi m.in. stale pogarszająca się jakość powietrza. Ogromne chmury smogowe są efektem uwalniania do atmosfery gazów zanieczyszczonych cząstkami stałymi, popularnie nazywanych pyłem. Zwykle stanowi on pozostałości procesu spalania paliw stałych. W Polsce najwyższe zanieczyszczenie powietrza odnotowuje się w stacjach pomiarowych centralnej i południowej części kraju. Mieszkańcy tych terenów muszą zmagać się nawet z dwukrotnym przekroczeniem norm europejskich, mówiących o stężeniach cząstek stałych zawieszonych w powietrzu.
Fatalne skutki, jakie mogą wywoływać tak wysokie stężenia pyłu w powietrzu – m.in. choroby układu oddechowego, krwionośnego, nerwowego – stały się tematem wielu dyskusji. Skala zjawiska, jakim jest stale rosnący obszar występowania smogu, zmobilizowała władze do podjęcia walki z narastającym problemem. I tak, w odpowiedzi na dyrektywy Europarlamentu, w Polsce 1 marca 2018 r. opublikowano „Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie standardów emisyjnych dla niektórych rodzajów instalacji, źródeł spalania paliw oraz urządzeń spalania lub współspalania odpadów”. W treści zapisu zamieszczono normy emisyjne dotyczące m.in. stężenia pyłu w gazach uwalnianych do atmosfery. W zależności od rodzaju instalacji oraz paliwa, jakim są one zasilane, dopuszczalne stężenia cząstek stałych przyjmują różne wartości. W przypadku instalacji przystosowanych do przekształcania odpadów norma mówi o średniej dobowej wartości 10 mg/m3u oraz średniej trzydziestominutowej – 30 mg/m3u. Dla źródeł opalanych paliwami stałymi (węgiel kamienny, brunatny, biomasa itd.), o mocy znamionowej poniżej 5 MW, norma mówi o maksymalnym dopuszczalnym stężeniu równym 50 mg/m3u. Warto zaznaczyć, że dotyczy ona nowo powstających instalacji. Dla źródeł już istniejących wynosi 100 mg/m3u. Dokument posiada także zapis, który informuje o stopniowym zaostrzaniu tych limitów. Od 1 stycznia 2030 r. standard emisyjny pyłu w gazach odlotowych dla źródeł o mocy nominalnej w zakresie >5 MW i <50 MW ma wynieść 20 mg/m3u.
Wprowadzenie wyżej opisanych zmian spowodowało konieczność wyposażania instalacji energetycznych małych mocy w wysokosprawne odpylacze. Zwykle spaliny wylotowe poddawane były filtracji w cyklonach bądź multicyklonach. Są to urządzenia wykorzystujące siłę odśrodkową i siłę grawitacji. Cyklony charakteryzują się stosunkowo niską skutecznością odpylania – mają zdolność do zatrzymywania cząstek stałych o wymiarach w granicach od 5 do 100 µm. Oznacza to, że aby normy emisyjne wynikające z aktualnego rozporządzenia były spełnione, instalacje powinny być wyposażone w dodatkową jednostkę filtrującą.
Projekt we współpracy z Polską Akademią Nauk
W odpowiedzi na rosnące zapotrzebowanie na wysokosprawnościowe urządzenia odpylające elbląska firma Elenergy zaoferowała szereg filtrów elektrostatycznych. Przeznaczone są dla instalacji energetycznych opalanych paliwem stałym o przepływie maksymalnym w zakresie od 1245 Nm3/h do 7360 Nm3/h. Projekt urządzeń powstał dzięki współpracy z Instytutem Maszyn Przepływowych Polskiej Akademii Nauk. Szereg badań i obliczeń zaowocował wykonaniem prototypowego urządzenia w 2018 r. Pomiary przeprowadzone dla Instalacji Termicznego Przekształcania Odpadów wyposażonej w elektrofiltr dały wysoce zadowalający wynik, gwarantujący spełnienie wszystkich norm dotyczących emisji pyłu do atmosfery. Uzyskane rezultaty szybko przekonały kolejnych inwestorów. Obecnie elektrofiltry firmy Elenergy pracują w Polsce i w Niemczech.
Elektrofiltry oferowane przez firmę Elenergy składają się z dwóch podstawowych elementów – komory osadczej oraz agregatu, który zasila tę komorę prądem stałym o wysokim napięciu. Wewnątrz komory znajduje się tzw. klatka wyładowcza. Stanowią ją dwa typy elektrod – elektrody ulotowe oraz zbiorcze. Komora osadcza osadzona jest na leju, do którego przedostaje się pył wtrącony ze spalin. Zastosowanie dwóch systemów – automatycznego czyszczenia elektrod zbiorczych oraz osadczych zapewnia utrzymywanie ich w czystości, co bezpośrednio wpływa na efektywność procesu odpylania. Urządzenie wyposażono w system automatycznego usuwania pyłu. Dzięki temu cząstki stałe trafiają do podajników ślimakowych, za pośrednictwem których wyprowadzane są do mobilnego zbiornika zewnętrznego.
Zasada działania elektrofiltru oparta jest na wykorzystaniu wytworzonego pola elektrycznego pomiędzy elektrodą wyładowczą a elektrodą zbiorczą. Występowanie tego pola warunkuje oddzielenie niepalnych cząstek stałych z ciągu spalin kotła w strefie separacji – a więc w komorze osadczej urządzenia. Ładowanie cząstek pyłu pod wpływem jednoimiennych jonów odbywa się dzięki powstawaniu zjawiska ulotu elektrycznego. Występuje ono w momencie przekroczenia napięcia krytycznego, charakterystycznego dla danego układu elektrod. Elektrody wyładowcze, do których przyłożone jest napięcie stałe o wysokiej wartości, wyposażone są w ostrza służące zwiększeniu efektu wyładowania koronowego. Naładowane (ujemnym ładunkiem elektrycznym) cząstki stałe zawieszone w gazie przepływającym przez komorę elektrofiltru wędrują w kierunku przeciwnie naładowanych elektrod zbiorczych. Elektrody te są uziemione, a ich kształt umożliwia porywanie pyłu osadzonego na ich powierzchni. Pod wpływem siły grawitacji oraz wymuszeń mechanicznych, realizowanych przez system automatycznego czyszczenia elektrod zbiorczych i ulotowych, pył strącany jest do leja osadczego, usytuowanego pod komorą. Za pośrednictwem transporterów ślimakowych odpady wyprowadzane są do mobilnego zbiornika zewnętrznego.
Praca filtra jest całkowicie zautomatyzowana. Panel umiejscowiony na szafie sterowania informuje użytkownika o parametrach pracy urządzenia oraz sygnalizuje ewentualne awarie.
Niższe koszty, większa skuteczność
Główną przewagą elektrofiltrów nad filtrami ceramicznymi czy workowymi jest zdolność do separacji pyłu o bardzo małych wymiarach charakterystycznych – od 0,005 µm. Wykorzystywanie pola elektrostatycznego w procesie filtracji rozwiązuje problem związany z koniecznością wymiany struktur porowatych filtrów, przez co koszty eksploatacyjne elektrofiltrów utrzymują się na niskim poziomie. Dodatkowo całkowicie zautomatyzowana praca urządzenia sprawia, że ich obsługa ogranicza się do opróżniania zbiornika zewnętrznego, do którego odprowadzany jest pył. Elektrofiltry odznaczają się bardzo niskimi oporami hydraulicznymi i stosunkowo niewielkim poborem mocy elektrycznej, pomimo wysokich napięć, pod którymi pracują. Oferowane urządzenia mają zdolność do pracy w szerokim zakresie temperatur.
Zastosowanie filtrów elektrostatycznych w instalacjach energetycznych niesie ze sobą szereg korzyści. Przede wszystkim zapewnia spełnienie wszystkich norm emisyjnych w zakresie przedostawania się cząstek stałych do atmosfery. W rezultacie stosowanie odpylaczy istotnie wpływa na poprawę jakości powietrza. Troska o środowisko naturalne powinna stać się świadomym elementem każdego przedsięwzięcia. Stawiając na skuteczne i sprawdzone metody filtracji, możemy zapobiec dalszej degradacji ekosystemu.
~Karolina Juchniewicz
Autorka artykułu jest specjalistą
ds. technicznych w firmie Elenergy.
