Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι συλλέκτη σκόνης: ξηρός και υγρός. Η ξηρή μέθοδος περιλαμβάνει τους συλλέκτες σκόνης με στρώμα φιλτραρίσματος (σακκόφιλτρα, τσέπες, φυσίγγια), τους μηχανικούς (κυκλώνες) και τους ηλεκτροστατικούς (ηλεκτροστατικά φίλτρα)- η υγρή μέθοδος περιλαμβάνει τους καθαριστήρες, τους καθαριστήρες venturi, τις στήλες φυσαλίδων και τα υγρά ηλεκτροστατικά φίλτρα. Η επιλογή ενός συλλέκτη σκόνης εξαρτάται από την αναμενόμενη απόδοση, τους δημοσιονομικούς περιορισμούς και τις βιομηχανικές διεργασίες που πρόκειται να ξεσκονιστούν, ιδίως από το μέγεθος των εκπεμπόμενων σωματιδίων.
Sommaire
Στρώμα φίλτρων συλλογής σκόνης (φίλτρα σακούλας, τσέπες, φυσίγγια)
Η αρχή: ο σκονισμένος αέρας περνά μέσα από ένα πορώδες μέσο φίλτρου, συγκρατώντας όλα τα σωματίδια που είναι μεγαλύτερα από το πορώδες του μέσου.
Η συσκευή αποτελείται από ένα κιβώτιο με χοάνη συλλογής σκόνης στη βάση του. Το κιβώτιο περιέχει σειρές (κατακόρυφες ή οριζόντιες) στοιχείων φίλτρου (σακούλες, θήκες, φυσίγγια) από τις οποίες διέρχεται η ροή του σκονισμένου αέρα. Στην είσοδο της ολομέλειας, ο αέρας θα έχει πρώτα συναντήσει έναν εκτροπέα. Με αδρανειακή εμπλοκή, διαχωρίζει τα μεγαλύτερα σωματίδια από τη ροή του αέρα, τα οποία στη συνέχεια πέφτουν στη χοάνη.
Η υπόλοιπη σκόνη εναποτίθεται στη συνέχεια στην επιφάνεια του μέσου φίλτρου. Το ρεύμα αέρα εξέρχεται από το στρώμα φιλτραρίσματος που σχηματίζεται από τα πορώδη τοιχώματα των στοιχείων φίλτρου, απαλλαγμένο από σκόνη. Τα σωματίδια, που εναποτίθενται συνεχώς, συσσωματώνονται σχηματίζοντας ένα στρώμα που συμβάλλει στη διήθηση του αέρα: το κέικ φίλτρου. Το κέικ φίλτρου αυξάνει την απόδοση συλλογής σκόνης. Από την άλλη πλευρά, αυξάνει την πτώση πίεσης (η απόφραξη μετράται από τη διαφορά της στατικής πίεσης μεταξύ ανάντη και κατάντη του μέσου φίλτρου). Αυτό απαιτεί: είτε αντικατάσταση του μέσου (χαρτί μίας χρήσης, τσόχα κ.λπ.), είτε περιοδικό ξεβούλωμα (on ή off) για την αναγέννηση του μέσου φίλτρου.
Γενικά, για να εξασφαλιστεί η συνέχεια της λειτουργίας, οι εργασίες καθαρισμού εκτελούνται αυτόματα και διαδοχικά σε ένα μέρος του μέσου φιλτραρίσματος, ενώ το άλλο μέρος συνεχίζει τη διήθηση. Αντίθετα, η χειροκίνητη απόφραξη απαιτεί παρέμβαση στο τέλος της διαδικασίας ή ακόμη και την πλήρη διακοπή της. Η διάρκεια της απόφραξης του φίλτρου μέχρι να επιτευχθεί μια κρίσιμη πτώση πίεσης πρέπει να μπορεί να ευθυγραμμιστεί με τη διάρκεια της διαδικασίας.
Οι κύριες μέθοδοι καθαρισμού των στοιχείων φίλτρου είναι :
- Μηχανική ανακίνηση, η οποία προκαλεί ένα κύμα παραμόρφωσης στο ύφασμα των σάκων για να προκαλέσει την πτώση του κέικ φίλτρου.
- Αποσυμφόρηση με αντιστροφή της ροής του αέρα μέσα στους πόρους του μέσου φίλτρου. Πραγματοποιείται αυτόματα μετά από ένα καθορισμένο όριο πτώσης πίεσης ή έναν καθορισμένο χρόνο.
- Πνευματικός καθαρισμός των σάκων με έγχυση πεπιεσμένου αέρα (jet-pulse), ο οποίος αντισταθμίζει στιγμιαία τη διήθηση και ανασηκώνει τη σκόνη από το φίλτρο. Αυτό έχει το μειονέκτημα της αναμόχλευσης της σκόνης, μέρος της οποίας καθιζάνει στα γειτονικά μέσα- εξ ου και η χρήση του ομαδικού καθαρισμού των στοιχείων για τον περιορισμό αυτού του φαινομένου.
Τα φίλτρα σακούλας απαιτούν χαμηλή ταχύτητα διήθησης για να διατηρείται η αναγέννηση του φίλτρου. Κατά τη διάρκεια των εργασιών καθαρισμού κατά τη διάρκεια της λειτουργίας, η ανοδική ταχύτητα της ροής δεν πρέπει να συγκρούεται με την ταχύτητα καθίζησης των καθαρισμένων σωματιδίων. Η ταχύτητα διήθησης κυμαίνεται μεταξύ 0,6 και 6 cm/s ανάλογα με τη σκόνη και το αέριο που πρέπει να επεξεργαστεί και τον τύπο του μέσου φίλτρου. Η ταχύτητα διήθησης ή ο ρυθμός διήθησης εκφράζεται επίσης σε m3/h.m².
Τα μέσα φιλτραρίσματος διατίθενται σε διάφορες δομές: υφάσματα, βελόνες, σύνθετα υλικά, μεμβράνες και κεραμικά. Κατασκευάζονται από συνθετικά (PET, νάιλον), ορυκτά (γυαλί) ή οργανικά (κυτταρίνη) υλικά. Οι ίνες αυτές υφίστανται επεξεργασία για τη βελτίωση ορισμένων ιδιοτήτων: χημική αντοχή, αγωγιμότητα, υδροφοβικότητα, ελαιοφοβικότητα, συγκολλητικότητα, διαβρεξιμότητα κ.λπ.
Η επιλογή του στοιχείου φίλτρου εξαρτάται από τη συγκέντρωση της σκόνης στη ροή προς επεξεργασία, τη φύση της σκόνης, τη σύνθεση των αερίων, την απαιτούμενη απόδοση, τη μέθοδο καθαρισμού, την αντοχή στη θερμοκρασία και τους οικονομικούς περιορισμούς.
Ηαπόδοση συλλογής ενός συλλέκτη σκόνης είναι χαμηλότερη για σωματίδια με διάμετρο μεταξύ 0,1 και 0,5 μm (πολύ μεγάλα για να συλλεχθούν με διάχυση, πολύ μικρά για να συλλεχθούν με συμπίεση ή αναχαίτιση). Στα 0,1µm, η απόδοση είναι 95%. Πάνω από 0,5µm είναι πάνω από 99%. Εάν είναι απαραίτητο, μπορεί να προστεθεί ένα στάδιο φιλτραρίσματος ασφαλείας HEPA H13 ή H14 όταν οι συγκεντρώσεις εκπομπών που πρέπει να επιτευχθούν είναι ιδιαίτερα χαμηλές.
Αυτή η τεχνική απομάκρυνσης της σκόνης επιτυγχάνει υψηλό επίπεδο διαχωρισμού και είναι κατάλληλη για ένα ευρύ φάσμα συγκεντρώσεων εκπομπών σκόνης. Η τεχνολογία στρώματος φίλτρου είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη στη βιομηχανία για το διαχωρισμό αερίων/στερεών, καθώς οι συλλέκτες σκόνης με σακούλες ή φυσίγγια συνδυάζουν καλή απόδοση με ελκυστικό κόστος λειτουργίας.
Μηχανικοί συλλέκτες σκόνης: κυκλώνες, αποκεντρωτές
Κυκλώνες
Πώς λειτουργεί: ο σκονισμένος αέρας περιστρέφεται σε έναν κυκλώνα- η φυγόκεντρος δύναμη ωθεί τη σκόνη προς το τοίχωμα, όπου συσσωρεύεται και κατακάθεται στη χοάνη. Ο καθαρισμένος αέρας ανεβαίνει μέσω του κέντρου του κυκλώνα προς την έξοδο στην κορυφή.
Ο διαχωρισμός σκόνης είναι ακόμη πιο αποτελεσματικός όταν :
- η ακτίνα του κυκλώνα είναι μικρή (αυξάνει τη φυγόκεντρο δύναμη)
- η συγκέντρωση των σωματιδίων είναι υψηλή (γεγονός που ευνοεί τη συσσωμάτωσή τους)
- η πυκνότητα των σωματιδίων είναι υψηλή (ταχύτερη διαδρομή προς το τοίχωμα)
- η θερμοκρασία της ροής του αέρα είναι χαμηλή (μειώνει το ιξώδες του αερίου, αυξάνει το κυκλωνικό φαινόμενο)
Μια υψηλή ροή αέρα στην είσοδο του κυκλώνα βοηθά στη συλλογή λεπτών σωματιδίων.
Οι κυκλώνες δεν συμμορφώνονται με τους κανονισμούς για την ατμοσφαιρική ρύπανση. Χρησιμοποιούνται γενικά ως πρωτογενείς συλλέκτες σκόνης ή προ-διαχωριστές για χονδροειδή σωματίδια ή σκωρία, για παράδειγμα. Το χαμηλό κόστος και η απλότητά τους τους καθιστούν ιδανικούς για το σκοπό αυτό. Οι κυκλώνες επιλέγονται για τη συλλογή σωματιδίων της τάξης των 10μm και άνω.
Καράφες
Τα μεγαλύτερα σωματίδια προ-διαχωρίζονται με αποσυμπίεση σε ένα περίβλημα (κουτί διαστολής, θάλαμος αποσυμπίεσης). Σωματίδια μεγαλύτερα από 30μm μπορούν να αποκεντρωθούν με ταχύτητα 5m/s από αέρα φορτωμένο με σκόνη.
Υγροί συλλέκτες σκόνης: πλυντήρια, venturi, στήλες φυσαλίδων
Πώς λειτουργεί: ο σκονισμένος αέρας έρχεται σε επαφή με ένα υγρό πλύσης.
Αναζητούμε την επίδραση διαβροχής του σωματιδίου. Προτιμούμε την επαφή μεταξύ υγρού και σκόνης:
- ή με συμπύκνωση των ατμών γύρω από το σωματίδιο,
- ή με την προσθήκη επιφανειοδραστικών ουσιών που κάνουν τη σκόνη να προσκολλάται στη σταγόνα του υγρού.
Οαέρας που ξεσκονίζεται διαχωρίζεται από το σκονισμένο υγρό με φυγοκέντρηση ή αδράνεια. Όσο πιο οικείο είναι το μείγμα ή όσο μικρότερες είναι οι σταγόνες (χωρίς να είναι πολύ λεπτές για να διαχωριστούν από τον αέρα), τόσο μεγαλύτερος είναι ο διαχωρισμός της σκόνης.
Σε έναν καθαριστήρα, ο αέρας κυκλοφορεί από κάτω προς τα πάνω και οι ψεκαστήρες εκτοξεύουν σταγονίδια νερού ενάντια στο ρεύμα.
Ένας αεραγωγόςεπιταχύνει την ταχύτητα του φορτωμένου με σκόνη αέρα, ενώ ένας συγκλίνων διαχύτης αυξάνει την πρόσκρουση μεταξύ των σωματιδίων και των σταγονιδίων ψεκασμού. Στη συνέχεια, ένα αποκλίνον ακροφύσιο επιβραδύνει την ταχύτητα, επιτρέποντας στη σκόνη να συσσωρευτεί. Τέλος, η ροή του αέρα διέρχεται από έναν διαχωριστή τύπου κυκλώνα, όπου η σκόνη συλλαμβάνεται με φυγοκέντρηση και αδράνεια. Η απαλλαγμένη από τη σκόνη ροή αέρα ανεβαίνει μέσω του κέντρου του κυκλώνα προς την κεντρική έξοδο στην κορυφή.
Οι καθαριστήρες και οι καθαριστήρες venturi είναι αποτελεσματικοί για σωματίδια μεταξύ 0,5 και 1 μm. Κάτω από τα 0,5 μm, η αποτελεσματικότητα της δέσμευσης συνοδεύεται από σημαντική πτώση πίεσης και, επομένως, από υψηλότερη κατανάλωση ενέργειας. Ωστόσο, η δέσμευση σωματιδίων μεγαλύτερων από ένα μm αυξάνεται με τη συγκέντρωση σκόνης.
Η αποδοτικότητα της σύλληψης αυξάνεται επίσης με την ταχύτητα ροής του νερού και του αέρα. Αυτό πολλαπλασιάζει την πιθανότητα επαφής αέρα/νερού με σκόνη. Επιπλέον, η αύξηση αυτών των ρυθμών ροής στο λαιμό Venturi αυξάνει αναλογικά την απόδοση των πλυντηρίων Venturi. Η συλλογή σωματιδίων επηρεάζεται κυρίως από την ταχύτητα του ψεκασμού νερού.
Μέχρι τα 200µm, η προσθήκη επιφανειοδραστικού και η αύξηση του ύψους της σταγόνας βελτιώνει τη συλλογή σκόνης για σταγονίδια περίπου 3mm. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η επιφανειοδραστική ουσία αυξάνει την παραμόρφωση της σταγόνας κατά την πτώση, και επομένως την επιφάνεια επαφής της.
Η μεταφορά της σκόνης από την αέρια φάση στην υγρή φάση μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικό κόστος επεξεργασίας, καθώς και σε κατανάλωση νερού και ενέργειας, σε σύγκριση με την ξηρή διαδικασία. Οι πλυντρίδες χρησιμοποιούνται για την επίλυση ενός προβλήματος ασφαλείας που συνδέεται με εκρηκτικές σκόνες και εύφλεκτα αέρια ή όταν ο προς επεξεργασία αέρας πλησιάζει τον κορεσμό σε νερό.
Η υγρή διαδικασία χρησιμοποιεί επίσης στήλες φυσαλίδων για την απομάκρυνση της σκόνης από τον αέρα. Ο αέρας κατανέμεται ομοιόμορφα στη διατομή της στήλης με τη μορφή λεπτών φυσαλίδων. Καθώς αυξάνεται το ύψος του υγρού, αυξάνεται και ο χρόνος που χρειάζεται η φυσαλίδα για να ταξιδέψει μέσα από αυτό.
Η μείωση του ρυθμού ροής του αέρα μειώνει τη διάμετρο των φυσαλίδων και αυξάνει την αποτελεσματικότητα της συλλογής. Επιπλέον, η απόδοση αυτή αυξάνεται με: το μέγεθος των σωματιδίων μεταξύ 1,5 και 20 μm (σταθερό πάνω από αυτό, κάτω από 1μm: χαμηλή απόδοση), τη χρήση επιφανειοδραστικών ουσιών, το μέγεθος των στομίων διανομής αερίου. Η χαμηλότερη απόδοση συλλογής των νανομετρικών σωματιδίων μπορεί να βελτιωθεί με τη λεπτότητα των φυσαλίδων, το καθεστώς φυσαλίδων και την προσθήκη συσκευασίας για τη βελτίωση του χρόνου παραμονής των φυσαλίδων.
Η κατασκευή και η εγκατάσταση των στηλών φυσαλίδων είναι αρκετά απλή και σχετικά φθηνή. Ωστόσο, ηαπόδοση δέσμευσης παραμένει χαμηλή σε σύγκριση με τα σακκόφιλτρα ή τα ηλεκτροστατικά φίλτρα.
Ηλεκτροστατικά φίλτρα, ηλεκτροστατικά φίλτρα ή ηλεκτροστατικά φίλτρα
Η αρχή της συλλογής της σκόνης περιλαμβάνει την ηλεκτρική φόρτιση των σωματιδίων και, στη συνέχεια, τη χρήση ηλεκτροστατικών αλληλεπιδράσεων για την εκτροπή τους από την πορεία του ρεύματος σκόνης. Η φορτισμένη σκόνη κατευθύνεται στη συνέχεια προς ένα ηλεκτρόδιο με αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο, όπου συσσωματώνεται.
Τα ηλεκτρόδια εκπομπής (συχνά σύρματα) και τα ηλεκτρόδια λήψης (πλάκες) σχηματίζουν αυτή τη συσκευή. Μια αρνητική τάση εφαρμόζεται στις ανόδους, οι οποίες εκπέμπουν ηλεκτρόνια στην περιοχή τους. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τον ιονισμό των μορίων του αερίου, τα οποία, προσελκυόμενα από τις καθόδους, συγκρούονται με τη σκόνη στην πορεία τους και τη φορτίζουν ηλεκτρικά. Με τη σειρά της, η φορτισμένη σκόνη έλκεται από τις πλάκες και συσσωρεύεται. Η αποτελεσματικότητα του φίλτρου διατηρείται με τον περιοδικό καθαρισμό των πλακών με διάφορες τεχνικές: δόνηση, σφυροκόπημα, πλύσιμο. Η σκόνη συλλέγεται σε χοάνη και στη συνέχεια εκκενώνεται.
Η απόδοση ενός ηλεκτρικού σταθερού συλλέκτη σκόνης εξαρτάται από :
- η ειδική αντίσταση της σκόνης (μεταξύ106 και1014 Ω.cm).
- ταχύτητα του αέρα (1 έως 4 m/s)
- η φυσικοχημεία της σκόνης
- τη γεωμετρία των ηλεκτροδίων
Κάτω από106 Ω.cm, η σκόνη που φτάνει στο ηλεκτρόδιο συλλογής χάνει εύκολα το ηλεκτρικό της φορτίο και μπορεί να παραληφθεί από τη ροή του αέρα. Πάνω από1014 Ω.cm σχηματίζεται ένα μονωτικό στρώμα στην κάθοδο και εμποδίζει την απόδοση του φίλτρου.
Η διέλευση του αέρα μέσω του ηλεκτροστατικού φίλτρου έχει ως αποτέλεσμα χαμηλή πτώση πίεσης (50-100Pa). Για να αυξηθεί η απόδοση του ηλεκτροστατικού φίλτρου, μπορούν να τοποθετηθούν σε σειρά πολλά πεδία ηλεκτρικής συλλογής (μεταξύ 2 και 6), ανάλογα με την πρόοδο της διαδικασίας απομάκρυνσης της σκόνης. Αυτό είναι βέλτιστο για σωματίδια μεγαλύτερα από 100nm. Ωστόσο, όταν τα σωματίδια είναι μικρότερα από 16nm, αρκετοί ηλεκτροστατικοί κατακρημνιστές ενός πεδίου είναι πιο αποτελεσματικοί. Και για μέγεθος σωματιδίων 0,2μm, υπάρχει ελάχιστη απόδοση σύλληψης.
Τα ηλεκτρόδια εκπομπού μικρής διαμέτρου και τα ηλεκτρόδια συλλέκτη μεγάλης επιφάνειας αυξάνουν την απόδοση συλλογής σκόνης.
Η λανθασμένη ρύθμιση της τάσης μπορεί να οδηγήσει σε διάσπαση του ηλεκτροδίου και, επομένως, σε κίνδυνο έκρηξης. Ένας υγρός ηλεκτροστατικός κατακρημνιστής αντιμετωπίζει αυτόν τον κίνδυνο. Η αρχή λειτουργίας είναι ίδια με εκείνη ενός ξηρού ηλεκτροστατικού φίλτρου. Η διαφορά έγκειται στην παρουσία ενός υγρού φιλμ στα ηλεκτρόδια συλλογής, το οποίο τροφοδοτείται από ένα σύστημα στάγδην άρδευσης. Συλλογή
Ο όγκος ενός ηλεκτροστατικού φίλτρου είναι σημαντικός, όπως και η επένδυση που αντιπροσωπεύει. Η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας και η ανάγκη για εξειδικευμένο προσωπικό σημαίνουν ότι το κόστος λειτουργίας είναι υψηλό. Τα ηλεκτροστατικά φίλτρα συνιστώνται για μεγάλες ροές αερίου (80.000m3/h). Χρησιμοποιούνται κυρίως στη βαριά βιομηχανία, όπως η χαλυβουργία, οι μονάδες αποτέφρωσης αποβλήτων, τα εργοστάσια τσιμέντου και οι μονάδες παραγωγής ενέργειας.
Συμπέρασμα
Η απομάκρυνση της σκόνης περιλαμβάνει διάφορα φαινόμενα για τον διαχωρισμό των σωματιδίων από το ρεύμα αέρα: καθίζηση, συμπίεση, φυγοκέντρηση, διαβροχή, διήθηση και ηλεκτροστατική έλξη. Οι συλλέκτες σκόνης συχνά συνδυάζουν διάφορα από αυτά τα αποτελέσματα για να επιτύχουν το επιθυμητό επίπεδο απομάκρυνσης της σκόνης. Ανάλογα με το βιομηχανικό πλαίσιο υπεισέρχονται και άλλα κριτήρια , όπως η κινητικότητα, η θέση του συλλέκτη σκόνης κ.λπ.
