Průmyslové odprašovací technologie

Existují dva hlavní typy odlučovačů prachu: suché a mokré. Suchý způsob zahrnuje odlučovače prachu s filtrační vrstvou (sáčkové filtry, kapsy, kazety), mechanické (cyklony) a elektrostatické (elektrostatické odlučovače); mokrý způsob zahrnuje skrubery, Venturiho skrubery, bublinkové kolony a mokré elektrostatické odlučovače. Výběr odlučovače prachu závisí na očekávaném výkonu, rozpočtových omezeních a průmyslových procesech, které mají být odprašovány, zejména na velikosti emitovaných částic.

Filtrační vrstvy odlučovačů prachu (sáčkové filtry, kapsy, kazety)

Princip: prašný vzduch prochází porézním filtračním médiem a zadržuje všechny částice větší, než je pórovitost média.

Zařízení se skládá ze skříně s násypkou pro zachytávání prachu v její spodní části. Keson obsahuje řady (vertikální nebo horizontální) filtračních prvků (sáčků, kapes, kazet), kterými prochází proud prašného vzduchu. Na vstupu do pléna vzduch nejprve narazí na deflektor. Ten setrvačným nárazem oddělí z proudu vzduchu největší částice, které pak padají do zásobníku.

Zbylý prach se pak usazuje na povrchu filtračního média. Proud vzduchu vychází z filtrační vrstvy tvořené porézními stěnami filtračních prvků zbavený prachu. Průběžně usazené částice aglomerují a vytvářejí vrstvu, která přispívá k filtraci vzduchu: filtrační koláč. Filtrační koláč zvyšuje účinnost zachycování prachu. Na druhou stranu zvyšuje tlakovou ztrátu (zanesení se měří rozdílem statického tlaku před a za filtračním médiem). To vyžaduje: buď výměnu filtračního média (jednorázový papír, plsť atd.), nebo pravidelné odcpávání (zapnutí nebo vypnutí) za účelem regenerace filtračního média.

Obecně platí, že pro zajištění kontinuity provozu se čištění provádí automaticky a postupně na části filtračního média, přičemž druhá část pokračuje ve filtraci. Naproti tomu ruční odstraňování zanesení vyžaduje zásah na konci procesu, nebo dokonce jeho úplné zastavení. Dobu trvání zanesení filtru do dosažení kritického poklesu tlaku musí být možné sladit s dobou trvání procesu.

Hlavní metody čištění filtračních prvků jsou :

• Mechanické třepání, které způsobí vlnu deformace v tkanině sáčků a způsobí pokles filtračního koláče.
• Odcpávání obrácením proudění vzduchu uvnitř pórů filtračního média. Provádí se automaticky po uplynutí nastaveného limitu poklesu tlaku nebo nastavené doby.
• Pneumatické čištění sáčků vstřikováním stlačeného vzduchu (jet-pulse), které na okamžik působí proti filtraci a zvedá prach z filtru. Nevýhodou je opětovné vzedmutí prachu, jehož část se usazuje na sousedních médiích; proto se k omezení tohoto jevu používá čištění skupin prvků.

Sáčkové filtry vyžadují nízkou rychlost filtrace, aby se zachovala regenerace filtru. Při čištění za provozu nesmí být vzestupná rychlost proudění v rozporu s rychlostí sedimentace čištěných částic. Rychlost filtrace se pohybuje mezi 0,6 a 6 cm/s v závislosti na čištěném prachu a plynu a typu filtračního média. Rychlost filtrace nebo filtrační rychlost se také vyjadřuje v m3/h.m².

Filtrační média mají různé struktury: tkaniny, plsť, kompozity, membrány a keramika. Vyrábějí se ze syntetických (PET, nylon), minerálních (sklo) nebo organických (celulóza) materiálů. Tato vlákna jsou upravována za účelem zlepšení určitých vlastností: chemické odolnosti, vodivosti, hydrofobicity, oleofobicity, přilnavosti, smáčivosti atd.

Volba filtračního prvku závisí na koncentraci prachu v proudu, který má být čištěn, na povaze prachu, složení plynů, požadované účinnosti, způsobu čištění, teplotní odolnosti a ekonomických omezeních.

Účinnost zachycování prachu v odlučovači je nejnižší pro částice o průměru 0,1 až 0,5 µm (příliš velké na to, aby byly zachyceny difuzí, a příliš malé na to, aby byly zachyceny impakcí nebo intercepcí). Při velikosti 0,1 µm je účinnost 95 %. Nad 0,5 µm je to více než 99 %. V případě potřeby lze přidat bezpečnostní filtrační stupeň HEPA H13 nebo H14, pokud jsou dosahované koncentrace emisí obzvláště nízké.

Tato technika odprášení dosahuje vysoké úrovně separace a je vhodná pro široký rozsah koncentrací emisí prachu. Technologie filtrační vrstvy je v průmyslu nejrozšířenější pro odlučování plynů a pevných látek, protože sáčkové nebo kazetové odlučovače prachu kombinují dobrou účinnost s atraktivními provozními náklady.

Mechanické odlučovače prachu: cyklony, dekantéry

Cyklony

Jak to funguje: prašný vzduch se otáčí v cyklonu; odstředivá síla tlačí prach proti stěně, kde se shlukuje a usazuje v zásobníku. Vyčištěný vzduch stoupá středem cyklonu k výstupu nahoře.

Odlučování prachu je o to účinnější, když :

• poloměr cyklonu je malý (zvyšuje odstředivou sílu).
• koncentrace částic je vysoká (což podporuje jejich aglomeraci).
• hustota částic je vysoká (rychlejší cesta ke stěně).
• teplota proudícího vzduchu je nízká (snižuje viskozitu plynu, zvyšuje cyklonální efekt).

Vysoký průtok vzduchu na vstupu do cyklonu pomáhá zachycovat jemné částice.

Cyklony nesplňují předpisy o znečištění ovzduší. Obvykle se používají jako primární odlučovače prachu nebo předseparátory hrubých částic nebo například strusky. Díky své nízké ceně a jednoduchosti jsou pro tento účel ideální. Cyklony se volí pro sběr částic o velikosti řádově 10 μm a více.

Karafy

Největší částice se předem oddělí dekantací v uzavřeném prostoru (expanzní box, dekantační komora). Částice větší než 30 µm lze dekantovat při rychlosti 5 m/s prachem zatíženého vzduchu.

Mokré odlučovače prachu: skrubery, Venturiho trubice, bublinkové kolony

Jak to funguje: prašný vzduch se dostane do kontaktu s prací kapalinou.

Hledáme smáčecí účinek částice. Upřednostňujeme kontakt mezi kapalinou a prachem:

• nebo kondenzací par v okolí částice,
• nebo přidáním povrchově aktivních látek, aby se prach přichytil ke kapce kapaliny.

Odprašovaný vzduch se od prachové kapaliny odděluje odstřeďováním nebo setrvačností. Čím je směs hustší nebo čím jsou kapičky menší (aniž by byly příliš jemné na to, aby se oddělily od vzduchu), tím větší je odloučení prachu.

Ve skruberu vzduch cirkuluje zdola nahoru a rozprašovače vystřikují kapky vody proti proudu.

Venturiho trubicezrychluje rychlost vzduchu s prachem, zatímco konvergentní difuzor zvyšuje náraz mezi částicemi a kapkami spreje. Divergentní tryska pak rychlost zpomaluje, což umožňuje shlukování prachu. Nakonec proud vzduchu prochází cyklónovým odlučovačem, kde se prach zachytí odstředěním a setrvačností. Proud vzduchu zbavený prachu stoupá středem cyklonu k centrálnímu výstupu v horní části.

Skrubery a Venturiho skrubery jsou účinné pro částice o velikosti 0,5 až 1 μm. Pod 0,5 μm je účinnost zachycování doprovázena výrazným poklesem tlaku, a tedy vyšší spotřebou energie. Zachycení částic větších než jeden mikrometr se však zvyšuje s koncentrací prachu.

Účinnost zachycování se také zvyšuje s průtokem vody a vzduchu. Tím se násobí pravděpodobnost kontaktu prašného vzduchu s vodou. Zvyšování těchto průtoků v hrdle Venturiho komory navíc úměrně zvyšuje účinnost Venturiho skruberů. Sběr částic je ovlivněn především rychlostí rozstřiku vody.

Až do velikosti 200 µm se přidáním povrchově aktivní látky a zvýšením výšky kapky zlepší sběr prachu pro kapky o velikosti přibližně 3 mm. Je to proto, že povrchově aktivní látka zvyšuje deformaci kapky při pádu, a tím i její kontaktní plochu.

Převod prachu z plynné fáze do kapalné fáze může ve srovnání se suchým procesem vést ke značným nákladům na zpracování, jakož i ke spotřebě vody a energie. Skrubery se používají k řešení bezpečnostního problému spojeného s výbušnými prachy a hořlavými plyny nebo v případě, že se upravovaný vzduch blíží nasycení vodou.

Při mokrém procesu se k odstranění prachu ze vzduchu používají také bublinkové kolony. Vzduch je rovnoměrně rozváděn po průřezu kolony ve formě jemných bublinek. S rostoucí výškou kapaliny se prodlužuje doba, za kterou jí bublina projde.

Snížením průtoku vzduchu se zmenší průměr bublin a zvýší se účinnost sběru. Kromě toho se tato účinnost zvyšuje s: velikostí částic mezi 1,5 a 20 µm (stabilní nad touto velikostí, pod 1 µm: nízká účinnost), použitím povrchově aktivních látek, velikostí otvorů pro rozvod plynu. Nižší účinnost sběru nanometrických částic lze zlepšit jemností bublin, režimem bublání a přidáním obalu pro zlepšení doby setrvání bublin.

Konstrukce a instalace bublinkových sloupů je poměrně jednoduchá a relativně levná.Účinnost zachycování všakzůstává nízká ve srovnání s pytlovými filtry nebo elektrostatickými odlučovači.

Elektrostatické odlučovače, elektrostatické odlučovače nebo elektrostatické odlučovače

Princip sběru prachu spočívá v elektrickém nabíjení částic, které se pak pomocí elektrostatické interakce odkloní z dráhy proudu prachu. Nabitý prach je pak nasměrován k elektrodě s opačným elektrickým nábojem, kde se aglomeruje.

Toto zařízení tvoří vysílací elektrody (často dráty) a přijímací elektrody (desky). Na anody se přivádí záporné napětí a ty emitují elektrony do svého okolí. To má za následek ionizaci molekul plynu, které se přitahovány katodami srážejí s prachem, který jim stojí v cestě, a elektricky ho nabíjejí. Nabitý prach je následně přitahován k deskám a shlukuje se. Účinnost filtru se udržuje pravidelným čištěním desek různými technikami: vibracemi, mlácením, praním. Prach se shromažďuje v zásobníku a poté se odvádí.

Účinnost elektrického pevného odlučovače prachu závisí na :

• odporu prachu (¹⁰⁶ až¹⁰¹⁴ Ω.cm).
• rychlost vzduchu (1 až 4 m/s)
• fyzikální chemie prachu
• geometrie elektrod

Pod¹⁰⁶ Ω.cm prach, který se dostane ke sběrné elektrodě, snadno ztrácí svůj elektrický náboj a může být zachycen proudem vzduchu. Nad¹⁰¹⁴ Ω.cm se na katodě vytváří izolační vrstva, která snižuje účinnost filtru.

Průchod vzduchu elektrostatickým odlučovačem má za následek nízký pokles tlaku (50-100 Pa). Pro zvýšení účinnosti elektrostatického odlučovače lze v závislosti na průběhu procesu odstraňování prachu umístit do série několik elektrických sběrných polí (2 až 6). To je optimální pro částice větší než 100 nm. Pokud jsou však částice menší než 16 nm, je účinnější několik elektrostatických odlučovačů s jedním polem. A pro velikost částic 0,2 µm je minimální účinnost zachycení.

Emitorové elektrody s malým průměrem a sběrné elektrody s velkou plochou zvyšují účinnost zachycování prachu.

Nesprávné nastavení napětí může vést k průrazu elektrody, a tím k nebezpečí výbuchu. Toto riziko řeší mokrý elektrostatický odlučovač. Princip činnosti je totožný s principem činnosti suchého elektrostatického odlučovače. Rozdíl spočívá v přítomnosti mokrého filmu na sběrných elektrodách, který je přiváděn pomocí systému kapkové závlahy. Zachycování

Objem elektrostatického odlučovače je značný, stejně jako investice, kterou představuje. Spotřeba elektrické energie a potřeba kvalifikovaného personálu způsobují, že náklady na jeho provoz jsou vysoké. Elektrostatické odlučovače se doporučují pro velké průtoky plynu (80 000^m3/h). Používají se hlavně v těžkém průmyslu, jako je ocelářství, spalovny odpadů, cementárny a jednotky na výrobu energie.

Závěr

Odstraňování prachu zahrnuje několik efektů, které oddělují částice od proudu vzduchu: usazování, impakci, odstřeďování, smáčení, filtraci a elektrostatickou přitažlivost. Odlučovače prachu často kombinují několik těchto účinků, aby dosáhly požadované úrovně odstranění prachu. V závislosti na průmyslovém kontextu vstupují do hry další kritéria, jako je mobilita, umístění odlučovače prachu atd.