Modelling and study the effect of selected design features for the operating parameters of industrial electrostatic precipitators

• Autorzy: Karwat B. , Nocuń M. , Machnik R. , Niedźwiedzki J.

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2016.3.2

Warianty tytułu

PL

Modelowanie i badania wpływu wybranych cech konstrukcyjnych na parametry eksploatacyjne elektrofiltrów przemysłowych

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Electrostatic precipitators are currently most commonly used in industrial processes equipment to reduce dust emissions into the atmosphere. A significant impact on the process of extraction of two-phase gas/dust medium has the shape and configuration of the discharge electrodes, affecting the shape of the electric field in the chamber electrostatic precipitator. Geometric parameters of discharge electrodes and their arrangement in the chamber electrostatic should provide uniform current density distribution at the surface of the collecting electrodes. The article presents an analysis of the impact of geometry and configuration of industrial - blade type discharge electrodes on the distribution of current density on the collecting electrode. On the basis of the measurement results mathematical model was worked out which allows simulation of the current density distribution depending on the shape of the electrodes. The model allows to specify the most appropriate parameters of distance between the emission elements of discharge electrode and the distance between the electrodes. Preferred geometric parameters and configuration of discharge electrodes was determined by analyzing power spectral density magnitude (PSD) and the mean square value (RMS) of current density. The results indicate the possibility of reducing the number of elements of emission corona electrodes without worsening of the operating parameters of electrostatic precipitator.

PL

Elektrofiltry są obecnie najczęściej stosowanymi, w procesach przemysłowych, urządzeniami do redukcji emisji pyłów do atmosfery. Znaczący wpływ na przebieg procesu odpylania ośrodka dwufazowego gaz/pył ma kształt oraz konfiguracja elektrod emisyjnych, wpływające na ukształtowanie pola elektrycznego w komorze elektrofiltru. Parametry geometryczne elektrod ulotowych oraz ich rozmieszczenie w komorze elektrofiltru powinny zapewniać równomierny rozkład gęstości prądu na powierzchni jego elektrod zbiorczych. W artykule przedstawiono analizę wpływu geometrii oraz konfiguracji przemysłowych elektrod ulotowych typu ostrzowego na rozkład gęstości prądu na elektrodzie zbiorczej. Na podstawie wyników pomiarów opracowano model matematyczny umożliwiający symulację rozkładu gęstości tego prądu w zależności od kształtu elektrod. Model umożliwia określenie korzystnych wartości odległości pomiędzy elementami emisyjnymi elektrody ulotowej oraz odległości pomiędzy tymi elektrodami. Korzystne parametry geometryczne i konfigurację elektrod ulotowych określano na podstawie analizy magnitud gęstości widmowej mocy (PSD) oraz wartości średniokwadratowej (RMS) gęstości prądu. Uzyskane wyniki wskazują na możliwość zmniejszenia ilości elementów emisyjnych elektrod ulotowych bez pogorszenia parametrów eksploatacyjnych elektrofiltru.

Słowa kluczowe

EN

electrostatic precipitator; operation; corona electrodes; modeling; simulation; sigmoidal function

PL

elektrofiltr; eksploatacja; elektrody ulotowe; modelowanie; symulacja; funkcja sigmoidalna

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 18, no. 3
• Strony: 325--332
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Karwat B.

• AGH University of Science and Technology Faculty of Mechanical Engineering and Robotics al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Nocuń M.

• AGH University of Science and Technology Faculty of Materials Science and Ceramics al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Machnik R.

• AGH University of Science and Technology Faculty of Mechanical Engineering and Robotics al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

autor

Niedźwiedzki J.

• AGH University of Science and Technology Faculty of Mechanical Engineering and Robotics al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• 1. Adamiec-Wójcik I, Nowak A, Wojciech S. Application of the finite strip method to modeling of vibrations of collecting electrodes. International Journal of Structural Stability and Dynamics 2013; 13(7): 1–19, http://dx.doi.org/10.1142/S0219455413400014.
• 2. Adamiec-Wójcik I, Nowak A, Wojciech S. Comparison of Methods for Modelling Vibrations of Collecting Electrodes in Dry Electrostatic Precipitators. Archive of Mechanical Engineering 2013; 60: 431–449, http://dx.doi.org/10.2478/meceng-2013-0027.
• 3. Akishev Y, Goossens O, Callebaut T, Leys C, Napartovich A, Trushkin N. The influence of electrode geometry and gas flow on corona-to-glow and glow-to-spark threshold currents in air. Journal of Physics D: Applied Physics 2001; 34: 2875–2882, http://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/34/18/322.
• 4. Atten A, Adamiak K, Khaddoura B, Coulomb J-L. Simulation of corona discharge in configurations with a sharp electrode. Journal of Optoelectronics and Advanced Materials 2004; 6(3): 1023–1028.
• 5. Batmunkh S, Battogtokh Z, Modeling an electrostatic precipitator (ESP) with ESPVI 4.0W. Second International Forum on Strategic Technology IFOST 2007: 650–653.
• 6. Box G E P, Jenkins G M. Time Series Analysis. San Francisco: Holden Day, 1976.
• 7. Brocilo D, Podlinski J,. Chang J S, Mizeraczyk J, Findlay R D. Electrode geometry effects on the collection efficiency of submicron and ultra-fine dust particles in spike-plate electrostatic precipitators. Journal of Physics 2008; 142: 1–6, http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/142/1/012032.
• 8. Chang Q, Zheng C, Gao X, Chiang P, Fang M, Luo Z, Cen K. Systematic Approach to Optimization of Submicron Particle Agglomeration Using Ionic-Wind-Assisted Pre-Charger. Aerosol and Air Quality Research, 2015, 2709-2719, http://dx.doi.org/10.4209/aaqr.2015.06.0418.
• 9. Chung L, Chang C.-L, Bai H. Effects of Some Geometric Parameters on the Electrostatic Precipitator Efficiency at Different Operation Indexes. Aerosol Science and Technology 2000; 33(3): 228-238.
• 10. Dubois D, Merbahi N, Eichwald O, Yousfi M, Benhenni M. Electrical analysis of positive corona discharge in air and N2, O2, and CO2 mixtures. Journal of Applied Physics 2007; 101: 053304-2-053304-9.
• 11. Fujishima H, Ueda Y, Tomimatsu K, Yamamoto T. Electrohydrodynamics of spiked electrode electrostatic precipitators. Journal of Electrostatics 2004; 62: 291–308, http://dx.doi.org/10.1016/j.elstat.2004.05.006.
• 12. Gooch J P, Francis N L. A Theoretically Based Mathematical Model for Calculation of Electrostatic Precipitator Performance. Journal of Air Pollution Control Association 1975; 25(2): 108–113, http://dx.doi.org/10.1080/00022470.1975.10470054.
• 13. Jędrusik M, Świerczok A. The correlation between corona current distribution and collection of fine particles in a laboratory-scale electrostatic precipitator. Journal of Electrostatics 2013; 71(3): 199–203, http://dx.doi.org/10.1016/j.elstat.2013.01.002.
• 14. Jędrusik M, Świerczok A, Teisseyre R. Experimental study of fly ash precipitation in a model electrostatic precipitator with discharge electrodes of different design. Powder Technology 2003; 135–136: 295–301, http://dx.doi.org/10.1016/j.powtec.2003.08.021.
• 15. Kojima I, Kurahashi M. Application of asymmetrical Gaussian/Lorentzian mixed function for X-ray photoelectron curve synthesis. Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 1987; 42(2): 177–181. http://dx.doi.org/10.1016/0368-2048(87)85018-1
• 16. Machnik R., Nocuń M. Effect of anti-corrosion coatings of corona electrodes on selected operating parameters of industrial electrostatic precipitators. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability 2014; 16(1): 56–60.
• 17. Machnik R., Karwat B., Nocuń M., Niedźwiedzki J. Wpływ fizykochemicznych właściwości popiołów lotnych ze spalania węgli na proces elektrostatycznego odpylania spalin. Przemysł Chemiczny 2015; 94(9): 1530–1533.
• 18. Marquardt D, W. An Algorithm for Least-Squares Estimation of Nonlinear Parameters. Journal of the Society for Industrial and Applied Mathematics 1963; 11(2): 431–441, http://dx.doi.org/10.1137/0111030.
• 19. Ohishi K, Okamura H, Dohi T. Gompertz software reliability model: estimation algorithm and empirical validation. Journal of Systems and Software 2009; 82(3): 535–543, http://dx.doi.org/10.1016/j.jss.2008.11.840.
• 20. Parker K. Electrical operation of electrostatic precipitators., London: The Institution of Electrical Engineers, 2003. 21. Suleman M, Saleem M, Siebenhofer M. Characterization of brush type discharge electrodes and impact of enhanced corona discharge on operation of electrostatic precipitators. Journal of Electrostatics 2012; 70: 144-148, http://dx.doi.org/10.1016/j.elstat.2011.11.008.
• 22. Truce R, Wilkins J, Crynack R, Harrison W. The Indigo agglomerator a proven technology for reducing visible emission from electrostatic precipitators. Energetyka 2005, 11 (617) 751-757.
• 23. Zhao L, Adamiak K. Numerical Simulation of the Effect of EHD Flow on Corona Discharge in Compressed Air. IEEE Trans. on Industry Applications 2013; 49(1): 298–304, http://dx.doi.org/10.1109/TIA.2012.2228832.
• 24. National Instruments, LabView Advanced Signal Processing, Time Series Analysis Tools User Manual 2005.