Elektrostatik filtre verimini artırıcı çözümlerin incelenmesi
Investigation of solutions on improving electrostatic precipitator performance
Yazar: YUSUF ERKAN BALGÜN
Danışman: DOÇ. DR. ÖZCAN KALENDERLİ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Elektrostatik alan = Electrostatic field ; Elektrostatik özellikler = Electrostatic properties ; Güç elektroniği = Power electronics ; Çevre koruma = Environmental protection

Özet:
Yaşadığımız yüzyıla kadar, sanayileşme sürecinin insanlığa sunduğu olanaklar çevreye yönelik duyarlılıkların ikinci plana atılmasına neden olmaktaydı. Gün geçtikçe insan, hava, su, bitki ve hayvanlarda oluşan tahribatlar, eksiklikler ve hastalıklar, çevre duyarlılığının, ülkelerin politikalarının merkezine kaymasına neden olmuştur. Ülkelerin olduğu gibi büyük şirketlerin ve sanayi tesislerinin de çevre konusundaki duyarlılıkları artmıştır. Sanayi tesislerinde, çevreyle ilgili yönetim sistemleri oluşturulmuş ve çevreye en az zarar verecek donanımların kullanımı ön plana çıkmıştır. Bu bakımdan, sanayi tesislerinde, üretim vb. amaçla kullanılan havanın filtrelenerek dışarıya atılması da önemli hale gelmiştir. Çalışmanın ilk bölümünde, çevresel duyarlılıklar, emisyon ölçüm şekilleri, toz tutma sistemleri incelenmiştir.Endüstriyel tesislerde parçacıkların tutulması için çoğunlukla elektrostatik filtreler veya torba filtreler kullanılır. Bu amaçla bu yüksek lisans tezinde sanayi tesislerinde çoğunlukla kullanılan, sürekli işletim özelliğine sahip, farklı işlem süreci şartlarında çalışabilen, düşük işlem maliyeti ve yüksek verim sağlayan elektrostatik filtreler incelenmiş ve verimlilik çözümleri araştırılmıştır. Elektrostatik filtrelerin temel çalışma ilkesi, filtre içinden geçen havadaki toz parçacıklarının, yüksek gerilim uygulanmış korona elektrotu ile yüklü hale getirilmesi ve parçacıkların toplama elektrotuna doğru ilerleyerek bu elektrot üzerinde toplanmasıdır. Elektrostatik filtrenin en önemli iki elemanı korona ve toplama elektrotlarıdır. Korona elektrotunun yapısı ve meydana getirdiği korona boşalması elektrostatik filtre verimini çok büyük ölçüde etkilemektedir. Bu çalışmada, elektrik alan ve korona boşalmasına etki eden faktörler ve denklikler araştırılmış ve korona elektrotunun yapısıyla ilgili deneyler ve yükleme mekanizmaları incelenmiştir. Özellikle farklı kaynaklardan, korona elektrotunda bulunan iğnelerin, korona boşalmasının erken başlamasını sağladığı görülmüştür. Bu durumda elektrostatik filtre verimi artmaktadır.Elektrostatik filtrelerde, temel çalışma ilkesi değişmese de, özellikle yüksek gerilim beslemesinde yeni sistemler kullanılarak verimlilik artırılmaktadır. Bu yeni sistemler, darbeli ve yüksek frekanslı güç beslemesi olarak sayılabilir. Üstün kontrol sistemleri desteğiyle elektrota uygulanan bu tür gerilim beslemeleri, özellikle geri korona etkisini azaltarak filtre verimini artırmaktadır.Uygulama bölümünde ise, sonlu elemanlar yöntemiyle, korona elektrotunun farklı geometrik yapılarda ve dizilimlerdeki elektrik alan dağılımı incelenmiştir. Ayrıca filtre içinden geçen malzemenin elektrik alan şiddetini nasıl etkilediği araştırılmış ve nemin, maksimum elektrik alan şiddetini artırarak, olumsuz etki yaratan gerilim atlamalarının oluşmasını hızlandıracağı görülmüştür.

Abstract:
Until our century, the facilities, which were offered by process of industrialization, made people less sensitive to environment. Day by day the damage of air, water, plants and animals; diseases made the environment sensibility move to the center of the politics of countries. Besides countries, the environment sensibility became important for industrial plants. Industrial plants developed environmental management systems and started to use some equipment, which are the most harmless to environment. So, for industrial plants, filtering the air, which is used in production etc., became important. In the first part of this thesis, environment sensibility, measuring of emission, the systems of collecting the dust were examined.Electrostatic precipitator and bag filter are usually used for collecting particles in industrial plants. So in this thesis, electrostatic precipitator, which is used mostly in the industrial buildings, which has the durable process, ability of working in various process parameters and providing both least expenditure and the highest performance were examined and the solution for the efficiency was researched. The basic principle of this electrostatic precipitator is to charge dust particles in the air, which goes through the filter by discharge electrode, which supplies with the high voltage, and to collect these particles on the collector electrode by moving to this electrode. The most important elements of these electrostatic precipitators are discharge and collector electrodes. The structures of corona electrode and corona discharge formed by it have a deep influence on electrostatic precipitator performance. In this study, the factors and equivalence, which affect corona discharge, have been researched and the experiments about the structure of corona electrode and charge systems were examined. Especially from different sources, it was observed that the barbed corona electrode makes corona discharge earlier. Therefore, the performance of electrostatic precipitator increases.Although the basic principle in electrostatic precipitator does not change, the efficiency can be increased by using new systems especially high voltage supply. These new systems can be accepted as pulse power supply and the high frequency supply voltage. With the support of supreme control systems, this kind of power supplies practiced on the electrodes increase the efficiency of precipitator by decreasing the effect of the back corona.In the application part, the electrical field intensity in the different geometric structures and designs of corona electrode was examined using the finite element method. How the material going through the precipitator affected the electric field intensity was observed that moisture would increase maximum electrical field intensity and accelerate existing of spark, which has a negative effect on the precipitator performance.