Elektrostatik filtreler birçok endüstriyel tesiste tozların filtrelenmesi amacıyla kullanılan sistemlerdir. 1900 lü yılların başında geliştirilmişlerdir. 1940 larda özellikle çimento endüstrisi, demir ve çelik endüstrisi, kömür yakıtı termik santraller v.b. gibi endüstriyel tesislerde tozsuzlaştırma sistemleri olarak kullanılmaya başlanmıştır.
Toz filtreleme üniteleri olarak kullanılan siklonlar, torbalı filtreler, scrubberlar vb üniteler de dikkate alındığında en yüksek verimli ve efektif tozsuzlaştırma sistemleri olarak elektrostatik filtreler endüstride yerini bulmuştur. Elektrostatik filtrelerin verimleri %99.96 lara kadar çıkabilmektedir.
Elektrostatik filtrelerin en önemli avantajlarından bir tanesi 0.01 mikron ve daha küçük toz partiküllerini tutabilme özelliğidir
Elektrostatik filtrelerde tozu filtrelemenin 3 ana adımı vardır:
• Adım 1: elektriksel olarak şarj olma ve iyonize olmuş partiküllerin toplama yüzeyine doğru elektriksel hız etkisi ile yönlenmesi
• Adım 2: toplama yüzeyinde biriken tozların periyodik olarak silkelenerek toz toplama bunkerlerine dökülmesi
• Adım 3 : Bunkerlerde biriken tozun bertaraf yerine ya da depolara transfer edilmesi
Elektrofiltre trafolarının devreye alınması ile birlikte elektrofiltre içerisindeki deşarj elektrodları ile toplama elektrodları arasında bir gerilim meydana gelmektedir. Elektrofiltre voltajının artması ve gerilimin belirli bir değere ulaşması ile birlikte deşarj elektrodlarının yüzeylerinden ortama elektron şarjı olmaktadır. Bu olaya “Korona etkisi” denilmektedir. Deşarj elektrodları dizayn ve uygulamalara bağlı olmak üzere 30 kV ile 145 kV arasında gerilim (DC) ile yüklenmektedir.
Ortama şarj olan elektronlar elektrofiltre içerisindeki toz partiküllerini negatif olarak iyonize etmektedirler. İyonize edilen toz partikülleri topraklı olan toplama elektrodlarına doğru Coloumb kanunu gereği hareketlenrek toplama elektrod yüzeylerinde birikirler. Toplama elektrod yüzeyinde biriken toz partikülleri elektriksel yüklerini burada bırakarlar.
Toplama plakalarında biriken tozlar belirli bir zamanlamaya göre silkelenerek toz bunkerlerinde biriktirilirler.
Elektrofiltre trafoları enerjilendirildiğinde trafoları kontrol eden otomatik voltaj kontrol sistemleri elektrofiltre içerisinde mümkün olan en yüksek voltaja ulaşılabilmesi için gerekli ölçü ve kontrolleri sağlarlar.
Elektrofiltre içerisinde sekonder gerilim değerinin maksimum değerlere çıkmasında 6 ana faktör söz konusu olacaktır:
• Birincil voltaj limiti
• Birincil akım limiti
• İkincil voltaj limiti
• İkincil akım limiti
• Spark oranı limiti
• SCR kondüktif açısı
Primer voltaj, primer akım, sekonder voltaj ve sekonder akım değerleri, operatörler tarafından trafoların ayar bileşenlerini korumak için gerekli seviyelerde ayarlanabilir. Otomatik voltaj kontrolörü, elektrik devrelerini korumak için bu değerleri sürekli kontrol altında tutar.
Yeni bir çok kontrol panolarına, çalışma sınırını ve diğer tüm yararlı parametreleri göstermek için ekran panelleri bulunur. Bu değerler, elektrofiltre performansını değerlendirmek için çok faydalıdır.
Bir kamarada herhangi bir spark yoksa, kamaradaki elektriksel değerler, toz yükleri veya diğer değişiklikler bu elektriksel değerleri etkileyinceye kadar stabil kalacaktır. Eğer bir elektriksel spark meydana gelirse, belirtilen çalışma koşullarında anlık değişimler olacaktır. Bir elektrofiltre kamarasındaki her sparktan sonra, otomatik voltaj kontrolörü, söz konusu kısa süreli sparkın kalıcı, zarar verici bir güç arkı olmasını önlemek için ana voltajı kısa bir süre (milisaniye) boyunca kapatır. Bu durum sona erdiğinde, voltaj, sparkın meydana geldiği önceki noktaya çok yakın bir gerilime hızla yükselir. Gerilim daha sonra yavaş yavaş başka bir spark meydana gelene kadar yükselmeye devam eder.
Partiküller iyonize olduktan sonra, (deşarj elektrotlarından gelen elektronlar tarafından negatif olarak yüklendikten sonra), deşarj elektrotu ile topraklanmış toplama plakası arasındaki güçlü bir elektriksel alandan etkilenirler. Buna göre, negatif yüklü parçacıklar, topraklama toplama plakalarına doğru yaklaşım hızı adı verilen bir hızla hareket etmeye başlar. (Coloumb kanunu)
Tanecik büyüklüğü daha fazla olan partiküller, yerçekiminin yardımı ile filtre içerisinde daha kısa sürede tutulurlar. Tanecik yapısı daha küçük olan uçucu partiküller filtre içerisinde tutulabilmesi için daha fazla zamana ihtiyaç duyulur (daha fazla treatment time)
Elektrostatik filtrelerin etkinliği için yaklaşım hızı çok önemli bir parametredir. Filtrelerin yüksek verimi için yüksek yaklaşım hızı gereklidir.
Yüksek filtre performansı için yaklaşım hızı en yüksek seviyede olmalıdır. Bu, parçacık (q) ve elektrik alan (E) üzerindeki yükün en yüksek seviyede olması gerektiği anlamına gelir. Bir elektrofiltre yüksek bir sekonder gerilime (kV) ve yüksek bir sekonder akıma (mA) sahip olduğunda verim en yüksek seviyede olacaktır.
Parçacık boyutu, elektrofiltre verimi için bir başka dizayn parametresidir. 1.0 µm'nin üzerinde çok yüksek toplama verimleri söz konusudur. Ancak parçacık boyutlarının 0,1 ila 1,0 µm arasında olması durumunda elektrofiltre için yüksek performans gerekmektedir.
Rezistivite, bir partikülün elektrik yükünü aktarmaya karşı direncinin bir ölçüsüdür. Parçacıkların karakteristik özelliğidir. Rezistivite, bir partikülün kimyasal bileşiminin yanı sıra sıcaklık ve nem gibi baca gazı çalışma koşullarının da etkilediği bir parametredir.
Parçacıklar elektriksel açıdan yüksek, normal veya düşük dirençlidir. Rezistivite, filtre verimi için önemli bir faktördür. Yüksek seviyede rezistivite nedniyle, parçacıkları şarj etmek zordur. Rezistif parçacıklar bir kez elektriksel olarak yüklendiklerinde, toplama plakalarına ulaştıklarında yüklerini bırakmazlar. Öte yandan, düşük direnç seviyesiyle, parçacıklar kolayca yüklenir ve şarjlarını topraklanmış toplama plakalarına hızlı bir şekilde salıverir. Her iki aşırı rezistif ya da düşük rezistif partiküller de elektrofiltrenin çalışmasını olumsuz yönde etkiler. Elektrostatik filtreler normal direnç altında en iyi şekilde çalışırlar.
Elektrostatik filtrelerin etkinliği için yaklaşım hızı çok önemli bir parametredir. Filtrelerin yüksek verimi için yüksek yaklaşım hızı gereklidir.
Düşük Rezistivite : 104 – 107 ohm.cm arasındaki rezistivite
Normal Rezistivite : 107 – 1010 ohm.cm arasındaki rezistivite
Yülsek Rezistivite : 1010 ohm.cm üzerindeki rezistivite
Elektrofiltrenin normal çalışma periyodunda, toplama plakalarının metal yüzeyi elektriksel olarak topraklıdır ve toplama plakası yüzeyinde gerilim sıfırdır. Tozun birikmesi ile birlikte eğer toplama plakası üzerindeki toz kalınlığı yüksek ve elektriksel rezistivite de yüksek ile toplama plakası yüzeyinde gerilim yükselmeye başlar. Bu gerilimin gücü toplama plakası üzerindeki tozun kalınlığına ve rezistiviteye bağlıdır. Bu durumda toz yeterince kondüktif olmayacaktır. Bunun sonucunda toplama plakalarına doğru elektriksel şarj da daha zor olmaya başlayacaktır. Güçlü bir elektriksel alan meydana gelecektir. Bu durumda toplama plakasındaki partiküller de toplama plakasına güçlü olarak tutunacak ve temizlenebilmesi zorlaşacaktır. Bu da silkeleme problemlerine neden olacaktır.
Düşük rezistivite durmunda ise, korona akımı toplama plakalarına kolayca geçirilir. Toz toplama plakaları yüzeyindekii zayıf elektrik alanı nedeniyle, düşük dirençli toplanan parçacıklar güçlü bir şekilde toplama plakasına yapışmaz. Kolayca tekrar gaz akımına katılırlar ve filtre tarafından tutulabilmeleri zorlaşır.
Elektrostatik filtreler normal rezistivite koşulları altında en iyi şekilde çalışır. Parçacıklar, toplama plakalarına vardıklarında şarjlarını birden kaybetmezler. Bu parçacıklar şarjlarını yavaşça toplama plakalarına bırakırlar. Bu nedenle parçacıklar, toplama plakaları üzerinde tutulur ve toplama plakalarından silkeleme sistemleri yoluyla bunkerlere dökülürler.
Rezistivite yüksek olduğunda meydana gelebilecek 3 ana yan etki vardır. İlk olarak, deşarj elektrotuyla toplama plakası arasındaki gerilim azalır. Elektrostatik alan şiddeti azalır. Bu nedenle, küçük parçacıkların yaklaşım hızları özellikle etkilenir (azalır) ve filtre verimliliği düşer.
İkinci olarak, back korona, rezistivite yüksek olduğunda ve toz tabakası kalınlığı çok büyük olduğunda meydana gelir. Toplama plakaları üzerindeki toz katmanından parçacıklar arasında mikro deşarjlar meydana gelir.
Toz tabakası elektriksel olarak deformasyona uğrar ve back korona şarjı meydana gelir. Back korona şarjından sonra, toz tabakası üzerinde küçük delikler ve kraterler meydana gelir ve bu back korona şarjının sonucu olarak, toz tabakası içinde üretilen pozitif gaz iyonları ve bu iyonlar yeniden deşarj elektrotlarına doğru yönelir. Bu pozitif gaz iyonları, toplama plakalarına giden negatif iyonların bir kısmını nötralize eder. Bu fenomen (back corona) normal korona işleminin verimini azaltır. Bu, elektrostatik filtre verimliliğinin yaklaşık% 50 azaldığı anlamına gelir.
Üçüncü ve yaygın sorun elektrik sparklarıdır. Yüksek direnç ile sparklar artar. Spark oranı yüksek olduğunda (genellikle 30-35 spark / dakikadan daha fazla), otomatik kontrolörler sahadaki sekonder gerilimi sınırlar. Bu, partikül şarjını (normal korona) azaltır ve toplama plakasına doğru yaklaşım hızını azaltır. Sonunda, filtre verimi dramatik bir şekilde düşer.
Yüksek rezistivite aşağıdaki şekilde azaltılabilir:
• Sıcaklık ayarlamaları ile
• Filtre içindeki rutubetin artırılması ile (şartlandırma)
• Bazı şartlandırma elemanlarının filtre girişine şarj edilmesi ile (SO3 vs)
• Toplama yüzeyinin artırılması ile