Съществуват два основни типа прахоуловители: сухи и мокри. Сухият метод включва прахоуловители с филтриращ слой (ръкавни филтри, джобове, касети), механични (циклони) и електростатични (електрофилтри); мокрият метод включва скрубери, скрубери на Вентури, мехурчести колони и мокри електрофилтри. Изборът на прахоуловител зависи от очакваната производителност, бюджетните ограничения и промишлените процеси, които ще се обезпрашават, и по-специално от размера на отделяните частици.
Sommaire
Прахоуловители с филтриращ слой (ръкавни филтри, джобове, касети)
Принцип: запрашеният въздух преминава през пореста филтърна среда, като задържа всички частици, по-големи от порьозността на средата.
Устройството се състои от кутия с бункер за събиране на прах в основата си. Кашонът съдържа редове (вертикални или хоризонтални) от филтърни елементи (торбички, джобове, касети), през които преминава потокът запрашен въздух. На входа на пленарната камера въздухът първо се сблъсква с дефлектор. Чрез инерционно удряне той отделя най-големите частици от въздушния поток, които след това падат в бункера.
След това останалият прах се отлага върху повърхността на филтърната среда. Въздушният поток излиза от филтриращия слой, образуван от порестите стени на филтърните елементи, без прах. Частиците, които се отлагат непрекъснато, се агломерират и образуват слой, който допринася за филтрирането на въздуха: филтърния кек. Филтърният кек увеличава ефективността на прахоулавянето. От друга страна, той увеличава спада на налягането (запушването се измерва с разликата в статичното налягане между предната и задната част на филтърната среда). Това изисква: или подмяна на филтърния материал (хартия за еднократна употреба, филц и т.н.), или периодично отстраняване на запушването (при включване или изключване), за да се регенерира филтърният материал.
По принцип, за да се осигури непрекъснатост на работата, операциите по почистване се извършват автоматично и последователно върху част от филтърния материал, като другата част продължава филтрирането. За разлика от това, ръчното отстраняване на запушванията изисква намеса в края на процеса или дори пълното му спиране. Продължителността на запушването на филтъра до достигане на критичен пад на налягането трябва да може да се съгласува с продължителността на процеса.
Основните методи за почистване на филтърните елементи са :
- Механично разклащане, което предизвиква вълна от деформации в тъканта на торбите, за да падне филтърната утайка.
- Отпушване на запушването чрез обръщане на въздушния поток в порите на филтърната среда. Извършва се автоматично след зададена граница на спада на налягането или определено време.
- Пневматично почистване на торбичките чрез впръскване на сгъстен въздух (струен импулс), който моментално противодейства на филтрацията и вдига праха от филтъра. Недостатъкът е, че прахът се разпръсква отново, като част от него се утаява върху съседните медии; затова се използва групово почистване на елементите, за да се ограничи това явление.
Ръкавните филтри изискват ниска скорост на филтриране, за да се поддържа регенерацията на филтъра. По време на операциите по почистване по време на работа възходящата скорост на потока не трябва да се сблъсква със скоростта на утаяване на почистените частици. Скоростта на филтриране варира между 0,6 и 6 cm/s в зависимост от праха и газа, които трябва да се третират, и вида на филтърната среда. Скоростта на филтриране или скоростта на филтриране се изразява също в m3/h.m².
Филтърните материали се предлагат в различни структури: тъкани, иглонабит филц, композитни материали, мембрани и керамика. Те са изработени от синтетични (PET, найлон), минерални (стъкло) или органични (целулоза) материали. Тези влакна се обработват, за да се подобрят определени свойства: химическа устойчивост, проводимост, хидрофобност, олеофобност, лепливост, омокряемост и др.
Изборът на филтриращ елемент зависи от концентрацията на прах в обработвания поток, естеството на праха, състава на газовете, необходимата ефективност, метода на почистване, температурната устойчивост и икономическите ограничения.
Ефективността на улавяне на прахоуловителя е най-ниска за частици с диаметър между 0,1 и 0,5 µm (твърде големи, за да бъдат събрани чрез дифузия, и твърде малки, за да бъдат събрани чрез уплътняване или прихващане). При 0,1 µm ефективността е 95 %. Над 0,5 µm тя е над 99 %. Ако е необходимо, може да бъде добавена степен за предпазно филтриране HEPA H13 или H14, когато концентрациите на емисиите, които трябва да бъдат постигнати, са особено ниски.
Тази техника за обезпрашаване постига високо ниво на отделяне и е подходяща за широк диапазон от концентрации на прахови емисии. Технологията на филтърния слой е най-широко използваната в промишлеността за отделяне на газ/твърдо вещество, тъй като ръкавните или касетъчните прахоуловители съчетават добра ефективност с атрактивни експлоатационни разходи.
Механични прахоуловители: циклони, декантери
Циклони
Как работи: запрашеният въздух се върти в циклона; центробежната сила изтласква праха към стената, където той се струпва и се утаява в бункера. Почистеният въздух се издига през центъра на циклона до изхода в горната част.
Прахоулавянето е още по-ефективно, когато :
- радиусът на циклона е малък (увеличава центробежната сила).
- концентрацията на частиците е висока (което ги стимулира да агломерират).
- плътността на частиците е висока (по-бърз път до стената).
- температурата на въздушния поток е ниска (намалява вискозитета на газа, увеличава циклоничния ефект).
Високият въздушен поток на входа на циклона спомага за събирането на фините частици.
Циклоните не отговарят на изискванията за замърсяване на въздуха. Те обикновено се използват като първични прахоуловители или предварителни сепаратори за едри частици или шлака, например. Ниската им цена и простотата им ги правят идеални за тази цел. Циклоните се избират за събиране на частици от порядъка на 10 μm и повече.
Декантери
Най-големите частици се отделят предварително чрез декантиране в заграждение (разширителна кутия, камера за декантиране). Частици, по-големи от 30 µm, могат да се декантират при скорост 5 m/s на запрашен въздух.
Мокри прахоуловители: скрубери, Вентури, балонни колони
Как работи: запрашеният въздух влиза в контакт с миеща течност.
Търсим ефекта на омокряне на частицата. Предпочитаме контакт между течност и прах:
- или чрез кондензация на парата около частицата,
- или чрез добавяне на повърхностноактивни вещества, които да накарат праха да полепне по капката течност.
Обезпрашеният въздух се отделя от запрашената течност чрез центрофугиране или по инерция. Колкото по-интересна е сместа или колкото по-малки са капките (без да са твърде фини, за да се отделят от въздуха), толкова по-голямо е отделянето на праха.
В скрубера въздухът циркулира отдолу нагоре, а пръскачките изхвърлят водни капки срещу течението.
Вентуриускорява скоростта на натоварения с прахвъздух , а конвергентният дифузьор увеличава удара между частиците и капките спрей. След това дивергентната дюза забавя скоростта, като позволява на праха да се слепва. Накрая въздушният поток преминава през сепаратор от циклонен тип, където прахът се улавя чрез центрофугиране и инерция. Безпрашният въздушен поток се издига през центъра на циклона към централния изход в горната част.
Скруберите и скруберите на Вентури са ефективни за частици между 0,5 и 1 μm. Под 0,5 μm ефективността на улавяне е съпроводена със значителен спад на налягането и следователно с по-висока консумация на енергия. Улавянето на частици, по-големи от един микрон, обаче се увеличава с концентрацията на праха.
Ефективността на улавяне също се увеличава с увеличаване на дебита на водата и въздуха. Това увеличава многократно вероятността от контакт между прахообразен въздух и вода. Освен това увеличаването на тези дебити в гърлото на Вентури пропорционално увеличава ефективността на скруберите на Вентури. Събирането на частици се влияе главно от скоростта на водната струя.
До 200 μm добавянето на повърхностноактивно вещество и увеличаването на височината на капката подобрява събирането на прах за капки с размер около 3 mm. Това се дължи на факта, че повърхностноактивното вещество увеличава деформацията на капката по време на падането и следователно нейната контактна повърхност.
Прехвърлянето на праха от газова в течна фаза може да доведе до значителни разходи за обработка, както и до потребление на вода и енергия в сравнение със сухия процес. Скруберите се използват за решаване на проблем с безопасността, свързан с експлозивни прахове и запалими газове, или когато въздухът, който трябва да се третира, се приближава до насищане с вода.
При мокрия процес се използват и колони с мехурчета за отстраняване на праха от въздуха. Въздухът се разпределя равномерно в напречното сечение на колоната под формата на фини мехурчета. С увеличаване на височината на течността се увеличава и времето, необходимо на мехурчето да премине през нея.
Намаляването на дебита на въздуха намалява диаметъра на мехурчетата и увеличава ефективността на събиране. Освен това тази ефективност се увеличава с: размера на частиците между 1,5 и 20 µm (стабилен над този размер, под 1 µm: ниска ефективност), използването на повърхностноактивни вещества, размера на газоразпределителните отвори. По-ниската ефективност на събиране на нанометрични частици може да се подобри чрез фиността на мехурчетата, режима на бълбукане и добавянето на опаковка за подобряване на времето на престой на мехурчетата.
Изграждането и монтирането на колони с мехурчета е сравнително просто и сравнително евтино. Въпреки товаефективността на улавяне остава ниска в сравнение с ръкавните филтри или електростатичните филтри.
Електростатични утаители, електростатични утаители или електростатични утаители
Принципът на прахоулавяне включва електрическо зареждане на частиците, след което те се отклоняват от пътя на праховия поток чрез електростатично взаимодействие. След това зареденият прах се насочва към електрод с противоположен електрически заряд, където се агломерира.
Излъчващите електроди (често проводници) и приемащите електроди (плочи) образуват това устройство. Към анодите се прилага отрицателно напрежение, което излъчва електрони в близост до тях. Това води до йонизиране на газовите молекули, които, привлечени от катодите, се сблъскват с праха по пътя си и го зареждат с електричество. На свой ред зареденият прах се привлича към плочите и се струпва заедно. Ефективността на филтъра се поддържа чрез периодично почистване на плочите с помощта на различни техники: вибрация, удряне, измиване. Прахът се събира в бункер и след това се евакуира.
Ефективността на електрическа стационарна прахоуловителна система зависи от :
- съпротивлението на праха (между106 и1014 Ω.cm).
- скорост на въздуха (1 до 4 m/s)
- физикохимия на праха
- геометрията на електродите
Под106 Ω.cm прахът, достигащ до събиращия електрод, лесно губи електрическия си заряд и може да бъде уловен от въздушния поток. Над1014 Ω.cm върху катода се образува изолационен слой, който пречи на ефективността на филтъра.
Преминаването на въздуха през електростатичния филтър води до нисък спад на налягането (50-100 Ра). За да се повиши ефективността на електростатичния филтър, могат да се поставят последователно няколко електросъбирателни полета (между 2 и 6), в зависимост от хода на процеса на отстраняване на праха. Това е оптимално за частици, по-големи от 100 nm. Когато обаче частиците са по-малки от 16 nm, няколко електростатични филтъра с едно поле са по-ефективни. А при размер на частиците от 0,2 µm има минимална ефективност на улавяне.
Емитерните електроди с малък диаметър и колекторните електроди с голяма площ повишават ефективността на прахоулавянето.
Неправилната настройка на напрежението може да доведе до пробив на електрода и съответно до риск от експлозия. Мокрият електростатичен филтър се справя с този риск. Принципът на работа е идентичен с този на сухия електростатичен филтър. Разликата се състои в наличието на мокър филм върху улавящите електроди, който се захранва от система за капково напояване. Улавяне
Обемът на електростатичния филтър е значителен, както и инвестицията в него. Консумацията на електроенергия и необходимостта от квалифициран персонал правят експлоатационните разходи високи. Електростатичните филтри се препоръчват за големи газови потоци (80 000m3/h). Те се използват главно в тежката промишленост, като стоманодобивната промишленост, инсталациите за изгаряне на отпадъци, циментовите заводи и инсталациите за производство на енергия.
Заключение
Отстраняването на праха включва няколко ефекта за отделяне на частиците от въздушния поток: утаяване, уплътняване, центрофугиране, навлажняване, филтриране и електростатично привличане. Прахоуловителите често комбинират няколко от тези ефекти, за да постигнат желаното ниво на отстраняване на праха. В зависимост от индустриалния контекст се включват и други критерии, като мобилност, местоположение на прахоуловителя и др.
