Tolmukogumisseadmeid on kahte peamist tüüpi: kuiv ja märg. Kuiva meetodi alla kuuluvad filtreerimiskihiga (kottfiltrid, taskufiltrid, padrunid), mehaanilised (tsüklonid) ja elektrostaatilised (elektrostaatilised filtrid) tolmukogumisseadmed; märja meetodi alla kuuluvad pesurid, venturipesurid, mullikolonnid ja märjad elektrostaatilised filtrid. Tolmukogumisseadme valik sõltub eeldatavast jõudlusest, eelarvepiirangutest ja tolmu eemaldatavatest tööstuslikest protsessidest, eelkõige eralduvate osakeste suurusest.
Sommaire
Filterkihi tolmukogumisseadmed (kottfiltrid, taskud, kassetid)
Põhimõte: tolmune õhk läbib poorset filtrikeskkonda, mis hoiab kinni kõik osakesi, mis on suuremad kui keskkonna poorsus.
Seade koosneb kastist, mille põhjas on tolmukogumispaak. Kastis on rida (vertikaalseid või horisontaalseid) filtrielemente (kotid, taskud, kassetid), mida tolmune õhuvool läbib. Õhku sisenedes on õhk kõigepealt kokku puutunud deflektoriga. See eraldab inertsi abil õhuvoolust suurimad osakesed, mis seejärel langevad punkrisse.
Ülejäänud tolm ladestub seejärel filtrikihi pinnale. Õhuvool väljub tolmuvabalt filtrielementide poorseintega moodustatud filtrikihist. Pidevalt ladestunud osakesed aglomeeruvad, moodustades õhu filtreerimisele kaasa aitava kihi: filtrikoogi. Filtrikook suurendab tolmu kogumise tõhusust. Teisest küljest suurendab see rõhulangust (ummistumist mõõdetakse staatilise rõhu erinevusega filtrikihi ees- ja tagaosas). See nõuab: kas filtrikandja (ühekordselt kasutatav paber, vilt jne) väljavahetamist või perioodilist ummistumise eemaldamist (sisse või välja), et filtrikandja regenereerida.
Üldiselt toimub töö järjepidevuse tagamiseks puhastamine automaatselt ja järjestikku osaga filterkeskkonnast, samal ajal kui teine osa jätkab filtreerimist. Seevastu käsitsi läbiviidav ummistuste eemaldamine nõuab sekkumist protsessi lõpus või isegi selle peatamist. Filtri ummistumise kestus kuni kriitilise rõhulanguse saavutamiseni peab olema kooskõlas protsessi kestusega.
Peamised meetodid filtrielementide puhastamiseks on :
- Mehaaniline raputamine, mis põhjustab kottide kangasesse deformatsioonilaine, mis põhjustab filtrikoogi langemise.
- ummistumise kõrvaldamine, pöörates õhuvoolu filtrikandja poorides ümber. See toimub automaatselt pärast kindlaksmääratud rõhulanguse piiri või kindlaksmääratud aja möödumist.
- Kottide pneumaatiline puhastamine suruõhu (jet-pulse) sissepritse abil , mis mõjub hetkeks filtreerimisele vastu ja tõstab tolmu filtrist välja. Selle puuduseks on tolmu uuesti suspendeerimine, millest osa settib naaberkeskkonda; seepärast kasutatakse selle nähtuse piiramiseks elementide grupipuhastust.
Kottfiltrid nõuavad filtri regenereerimise säilitamiseks madalat filtreerimiskiirust. Töö ajal toimuva puhastamise ajal ei tohi voolu tõusukiirus sattuda kokku puhastatud osakeste settimise kiirusega. Filtreerimiskiirus varieerub vahemikus 0,6-6 cm/s sõltuvalt puhastatavast tolmust ja gaasist ning filtrikandja tüübist. Filtreerimiskiirust või filtreerimiskiirust väljendatakse ka ühikutes m3/h.m².
Filtrikandjad on erineva struktuuriga: kangad, nõelvilt, komposiitmaterjalid, membraanid ja keraamilised materjalid. Need on valmistatud sünteetilistest (PET, nailon), mineraalsetest (klaas) või orgaanilistest (tselluloos) materjalidest. Neid kiude töödeldakse teatavate omaduste parandamiseks: keemiline vastupidavus, juhtivus, hüdrofoobsus, oleofoobsus, kleepuvus, märguvus jne.
Filterelemendi valik sõltub tolmu kontsentratsioonist töödeldavas voolus, tolmu iseloomust, gaaside koostisest, nõutavast tõhususest, puhastusmeetodist, temperatuurikindlusest ja majanduslikest piirangutest.
Tolmukogumisseadme püüdmise tõhusus on madalaim osakeste puhul, mille läbimõõt on 0,1-0,5 µm (liiga suured, et neid saaks koguda difusiooni teel, ja liiga väikesed, et neid saaks koguda impaaktsiooni või pealtkuulamise teel). 0,1 µm juures on tõhusus 95%. Üle 0,5 µm on see üle 99%. Vajaduse korral võib lisada HEPA H13 või H14 turvafiltreerimisetapi, kui saavutatavad heitkoguste kontsentratsioonid on eriti madalad.
Selle tolmueemaldustehnikaga saavutatakse kõrge eraldustase ja see sobib mitmesuguste tolmuheitmete kontsentratsioonide puhul. Filtrikihi tehnoloogia on tööstuses kõige laialdasemalt kasutatav gaaside ja tahkete ainete eraldamiseks, kuna kott- või kassett-tolmukogujad ühendavad hea tõhususe ja soodsad tegevuskulud.
Mehhaanilised tolmukogumisseadmed: tsüklonid, dekanterid
Tsüklonid
Kuidas see töötab: tolmune õhk pöörleb tsüklonis; tsentrifugaaljõud surub tolmu vastu seina, kus see kokku klumpab ja settib punkrisse. Puhastatud õhk tõuseb läbi tsükloni keskosa ülalpool asuvasse väljalaskeavasse.
Tolmu eraldamine on seda tõhusam, kui :
- tsükloni raadius on väike (suurendab tsentrifugaaljõudu).
- osakeste kontsentratsioon on kõrge (mis soodustab nende aglomeratsiooni).
- osakeste tihedus on suur (kiirem tee seinale)
- õhuvoolu temperatuur on madal (vähendab gaasi viskoossust, suurendab tsükloonilist efekti).
Suur õhuvool tsükloni sisselaskeava juures aitab koguda peeneid osakesi.
Tsüklonid ei vasta õhusaaste-eeskirjadele. Neid kasutatakse tavaliselt esmaste tolmukogumisseadmete või eelseparaatidena näiteks jämedate osakeste või räbu jaoks. Nende madal hind ja lihtsus muudavad need selleks otstarbeks ideaalseks. Tsüklonid valitakse osakeste kogumiseks suurusjärgus 10 μm ja rohkem.
Dekanterid
Suurimad osakesed eraldatakse eelnevalt dekanteerimise teel korpuses (paisutuskast, dekanteerimiskamber). Osakesi, mis on suuremad kui 30 µm, saab dekanteerida tolmuga koormatud õhust kiirusega 5m/s.
Märg tolmukogumisseadmed: pesurid, venturi, mullikolonnid
Kuidas see toimib: tolmune õhk viiakse kokkupuutesse pesuvedelikuga.
Me otsime osakeste niisutavat mõju. Eelistame vedeliku ja tolmu vahelist kontakti:
- või auru kondenseerumise teel osakese ümber,
- või lisades pindaktiivseid aineid, et tolm jääks vedelikutilgale külge.
Tolmutatud õhk eraldatakse tolmunud vedelikust tsentrifuugimise või inertsuse abil. Mida intiimsem on segu või mida väiksemad on tilgad (ilma, et need oleksid õhust eraldumiseks liiga peened), seda suurem on tolmu eraldumine.
Pesuris liigub õhk alt ülespoole ja pihustid paiskavad veepiisad vastu voolu.
Venturikiirendab tolmuga koormatudõhu kiirust , samas kui konvergentne hajuti suurendab osakeste ja pihustustilkade vahelist kokkupõrget. Divergentne pihusti aeglustab seejärel kiirust, võimaldades tolmul kokku klumpida. Lõpuks läbib õhuvool tsüklonitüüpi eraldaja, kus tolm kogutakse tsentrifuugimise ja inertsuse abil. Tolmuvaba õhuvool tõuseb läbi tsükloni keskosa keskväljalaskeava ülespoole.
Pesurid ja venturipesurid on tõhusad 0,5-1 μm suuruste osakeste puhul. Alla 0,5 μm on püüdmise tõhususega kaasneb märkimisväärne rõhu langus ja seega suurem energiakulu. Üle ühe mikroni suuruste osakeste püüdmine suureneb aga koos tolmukontsentratsiooniga.
Vee- ja õhuvoolu kiirusega suureneb ka püüdmise tõhusus. See mitmekordistab tolmuse õhu ja vee kokkupuute tõenäosust. Lisaks sellele suurendab venturipesurite tõhusust proportsionaalselt nende voolukiiruste suurendamine venturipesurite kurgus. Osakeste kogumist mõjutab peamiselt veepihustuse kiirus.
Kuni 200 µm, pindaktiivse aine lisamine ja tilgakõrguse suurendamine parandab tolmu kogumist umbes 3 mm suuruste tilkade puhul. See on tingitud sellest, et pindaktiivne aine suurendab tilga deformatsiooni langemise ajal ja seega selle kokkupuutepinda.
Tolmu üleviimine gaasilisest faasist vedelasse faasi võib põhjustada märkimisväärseid töötlemiskulusid ning vee- ja energiatarbimist võrreldes kuiva protsessiga. Pesureid kasutatakse plahvatusohtlike tolmude ja tuleohtlike gaasidega seotud ohutusprobleemi lahendamiseks või siis, kui töödeldav õhk läheneb veega küllastumisele.
Märgprotsessis kasutatakse õhust tolmu eemaldamiseks ka mullikolonne. Õhk jaotub ühtlaselt kolonni ristlõikes peente mullidena. Kui vedeliku kõrgus suureneb, suureneb ka aeg, mis kulub mulli läbimiseks.
Õhuvoolu kiiruse vähendamine vähendab mullide läbimõõtu ja suurendab kogumise tõhusust. Lisaks sellele suureneb see tõhusus koos: osakeste suurusega 1,5-20 µm (üle selle stabiilne, alla 1 µm: madal tõhusus), pindaktiivsete ainete kasutamisega, gaasijaotusavade suurusega. Nanomõõtmetega osakeste madalamat kogumise tõhusust saab parandada mullide peenuse, mullirežiimi ja mullide viibimisaja parandamiseks pakkimise lisamisega.
Mullisammaste ehitamine ja paigaldamine on üsna lihtne ja suhteliselt odav. Siiskijääb püüdmise tõhusus võrreldes kottfiltrite või elektrostaatiliste filtritegamadalaks.
Elektrostaatilised sadestusseadmed, elektrostaatilised sadestusseadmed või elektrostaatilised sadestusseadmed
Tolmu kogumise põhimõte hõlmab osakeste elektrilist laengut, mis seejärel kasutab elektrostaatilist vastastikmõju, et suunata need tolmuvoolu teelt kõrvale. Seejärel suunatakse laetud tolm vastupidise elektrilaenguga elektroodi poole, kus see aglomeerub.
Selle seadme moodustavad kiirguselektroodid (sageli juhtmed) ja vastuvõtuelektroodid (plaadid). Anoodidele rakendatakse negatiivset pinget, mis emiteerib nende läheduses olevad elektronid. Selle tagajärjel ioniseeritakse gaasimolekulid, mis katoodide poolt ligi tõmmates põrkuvad kokku ja laevad elektriliselt tolmu, mis on nende teele sattunud. Laetud tolm omakorda tõmbub plaatide külge ja koguneb kokku. Filtri tõhusust säilitatakse plaatide perioodilise puhastamisega, kasutades selleks erinevaid meetodeid: vibratsioon, vasarate kasutamine, pesemine. Tolm kogutakse punkrisse ja seejärel evakueeritakse.
Elektrilise statsionaarse tolmukoguja tõhusus sõltub :
- tolmu eritakistus (vahemikus106 kuni1014 Ω.cm).
- õhukiirus (1 kuni 4 m/s)
- tolmu füüsikakeemia
- elektroodide geomeetria
Alla106 Ω.cm kaotab kogumiselektroodile jõudev tolm kergesti oma elektrilise laengu ja saab õhuvoolu poolt üles võetud. Üle1014 Ω.cm moodustub katoodile isoleeriv kiht, mis takistab filtri tõhusust.
Õhu läbimine elektrostaatilise sadestusseadme kaudu toob kaasa väikese rõhulanguse (50-100Pa). Elektrostaatilise filtri tõhususe suurendamiseks võib sõltuvalt tolmueemaldusprotsessi edenemisest järjestikku paigutada mitu elektrilist kogumisvälja (2-6). See on optimaalne osakeste puhul, mis on suuremad kui 100 nm. Kui aga osakesed on väiksemad kui 16 nm, on mitu üheväljalist elektrostaatilist filtrit tõhusamad. Ja osakeste suuruse 0,2 µm puhul on minimaalne püüdmise tõhusus.
Väikese läbimõõduga emitterelektroodid ja suure pindalaga kollektorelektroodid suurendavad tolmu kogumise tõhusust.
Vale pinge seadistamine võib põhjustada elektroodi purunemist ja seega plahvatusohtu. Selle ohu vastu aitab märg elektrostaatiline filter. Tööpõhimõte on identne kuiva elektrostaatilise filtri tööpõhimõttega. Erinevus seisneb selles, et kogumiselektroodidel on märg kile, mida toidab tilkkastmissüsteem. Kogumine
Elektrostaatilise sadestusseadme maht on märkimisväärne, nagu ka investeering, mida see kujutab endast. Elektrienergia tarbimine ja kvalifitseeritud personali vajadus muudavad selle kasutuskulud kõrgeks. Elektrostaatilisi filtreid soovitatakse kasutada suurte gaasivoogude (80 000m3/h) puhul. Neid kasutatakse peamiselt rasketööstuses, näiteks terasetööstuses, jäätmepõletustehastes, tsemenditehastes ja energiatootmisüksustes.
Kokkuvõte
Tolmu eemaldamine hõlmab mitmeid mõjusid osakeste eraldamiseks õhuvoolust: settimine, impaaktsioon, tsentrifuugimine, märgumine, filtreerimine ja elektrostaatiline tõmbumine. Tolmukogumisseadmed kombineerivad sageli mitut neist toimingutest, et saavutada soovitud tolmu eemaldamise tase. Olenevalt tööstuslikust kontekstist tulevad mängu ka muud kriteeriumid , nagu liikuvus, tolmukoguri asukoht jne.
