A porleválasztóknak két fő típusa van: száraz és nedves. A száraz módszerhez tartoznak a szűrőréteggel ellátott porleválasztók (zsákos szűrők, zsebes szűrők, patronok), a mechanikus (ciklonok) és az elektrosztatikus (elektrosztatikus porleválasztók); a nedves módszerhez tartoznak a mosók, venturi mosók, buborékoszlopok és a nedves elektrosztatikus porleválasztók. A porleválasztó kiválasztása az elvárt teljesítménytől, a költségvetési korlátoktól és a portalanítandó ipari folyamatoktól, különösen a kibocsátott részecskék méretétől függ.
Sommaire
Szűrőrétegű porleválasztók (zsákos szűrők, zsebes szűrők, patronok)
Az elv: a poros levegő egy porózus szűrőközegen halad át, amely visszatart minden olyan részecskét, amely nagyobb, mint a közeg porozitása.
A készülék egy dobozból áll, amelynek alján porgyűjtő tartály található. A tartályban szűrőelemek (zsákok, zsebek, patronok) sorai (függőleges vagy vízszintes) találhatók, amelyeken a poros levegő áramlása áthalad. A levegő a gyűjtőtér bemeneténél először egy légterelővel találkozik. Ez tehetetlenségi impaxis révén leválasztja a legnagyobb részecskéket a légáramról, amelyek aztán a tartályba esnek.
A maradék por ezután a szűrőközeg felületén rakódik le. A légáram pormentesen lép ki a szűrőelemek porózus falai által alkotott szűrőrétegből. A folyamatosan lerakódott részecskék összecsapódnak, és a levegő szűréséhez hozzájáruló réteget alkotnak: a szűrőpogácsát. A szűrőpogácsa növeli a porleválasztás hatékonyságát. Másrészt növeli a nyomásesést (az eltömődést a szűrőközeg előtti és utáni statikus nyomáskülönbséggel mérik). Ez szükségessé teszi: vagy a szűrőközeg cseréjét (eldobható papír, filc stb.), vagy a szűrőközeg regenerálása érdekében a dugulás időszakos (be- vagy kikapcsolt) megszüntetését.
A folyamatos működés biztosítása érdekében a tisztítási műveleteket általában automatikusan és egymás után végzik a szűrőközeg egy részén, miközben a másik rész folytatja a szűrést. Ezzel szemben a kézi duguláselhárítás a folyamat végén beavatkozást igényel, vagy akár a folyamat teljes leállítását is. A szűrő eltömődésének időtartamát a kritikus nyomásesés eléréséig a folyamat időtartamához kell igazítani.
A szűrőelemek tisztításának fő módszerei a következők:
- Mechanikus rázás, amely egy deformációs hullámot okoz a zsákok szövetében, ami a szűrőpogácsa leesését okozza.
- A dugulás megszüntetése a levegő áramlásának megfordításával a szűrőközeg pórusaiban. Ez automatikusan történik egy beállított nyomásesés-határérték vagy egy beállított idő után.
- A zsákok pneumatikus tisztítása sűrített levegő befecskendezésével (jet-pulse), amely pillanatnyilag ellensúlyozza a szűrést és leemeli a port a szűrőről. Hátránya, hogy a por újra felszuszpendálódik, és egy része a szomszédos közegekre ülepedik; ezért alkalmazzák az elemcsoportos tisztítást e jelenség korlátozására.
A zsákos szűrők alacsony szűrési sebességet igényelnek a szűrő regenerálódásának fenntartásához. A működés közbeni tisztítási műveletek során az áramlás felfelé irányuló sebessége nem ütközhet a tisztított részecskék ülepedési sebességével. A szűrési sebesség 0,6 és 6 cm/s között változik a kezelendő portól és gáztól, valamint a szűrőközeg típusától függően. A szűrési sebességet vagy szűrési sebességet m3/h.m²-ben is kifejezik.
A szűrőközegek különböző szerkezetűek: szövetek, tűfilcek, kompozitok, membránok és kerámiák. Szintetikus (PET, nejlon), ásványi (üveg) vagy szerves (cellulóz) anyagokból készülnek. Ezeket a szálakat bizonyos tulajdonságok javítása érdekében kezelik: kémiai ellenállás, vezetőképesség, hidrofóbia, oleofóbia, tapadó képesség, nedvesíthetőség stb. érdekében.
A szűrőelem kiválasztása a kezelendő áramlásban lévő por koncentrációjától, a por jellegétől, a gázok összetételétől, a szükséges hatékonyságtól, a tisztítási módszertől, a hőmérséklet-ellenállástól és a gazdasági korlátoktól függ.
A porleválasztó berendezés hatékonysága a 0,1 és 0,5 µm közötti átmérőjű részecskék esetében a legalacsonyabb (túl nagyok ahhoz, hogy diffúzióval összegyűjtsék őket, és túl kicsik ahhoz, hogy elnyeléssel vagy felfogással összegyűjtsék őket). A 0,1 µm-es méretnél a hatékonyság 95%-os. 0,5 µm felett 99% feletti. Szükség esetén egy HEPA H13 vagy H14 biztonsági szűrőfokozatot lehet hozzáadni, ha az elérendő kibocsátási koncentrációk különösen alacsonyak.
Ez a portalanítási technika magas szintű leválasztást tesz lehetővé, és alkalmas a porkibocsátási koncentrációk széles skálájára. Az iparban a szűrőréteges technológia a legszélesebb körben alkalmazott gáz/szilárd leválasztási technológia, mivel a zsákos vagy patronos porleválasztók a jó hatékonyságot vonzó üzemeltetési költséggel kombinálják.
Mechanikus porleválasztók: ciklonok, dekantálók
Ciklonok
Működése: a poros levegőt a ciklonban forgatják; a centrifugális erő a port a falhoz nyomja, ahol az összecsomósodik és a tartályban leülepszik. A megtisztított levegő a ciklon közepén keresztül a tetején lévő kivezető nyílásig emelkedik.
A porleválasztás annál hatékonyabb, ha :
- a ciklon sugara kicsi (növeli a centrifugális erőt)
- a részecskék koncentrációja magas (ami agglomerálódásra ösztönzi őket)
- a részecskék sűrűsége nagy (gyorsabb út a falig)
- a légáramlás hőmérséklete alacsony (csökkenti a gáz viszkozitását, növeli a ciklonikus hatást)
A ciklon bemeneténél a nagy légáram segít a finom részecskék összegyűjtésében.
A ciklonok nem felelnek meg a légszennyezési előírásoknak. Általában elsődleges porleválasztóként vagy előleválasztóként használják őket például a durva részecskék vagy salak esetében. Alacsony költségük és egyszerűségük miatt ideálisak erre a célra. A ciklonokat a 10μm-es vagy annál nagyobb nagyságrendű részecskék összegyűjtésére választják.
Dekanterek
A legnagyobb részecskéket dekantálással előzetesen szétválasztják egy zárt térben (expanziós doboz, dekantáló kamra). A 30µm-nél nagyobb részecskék 5m/s sebességgel dekantálhatók a porral terhelt levegőből.
Nedves porleválasztók: mosók, venturi, buborékoszlopok
Hogyan működik: a poros levegőt mosófolyadékkal hozzák kapcsolatba.
A részecske nedvesítő hatását keressük. A folyadék és a por közötti érintkezést részesítjük előnyben:
- vagy a részecske körüli gőz kondenzációja révén,
- vagy felületaktív anyagok hozzáadásával, hogy a por a folyadékcsepphez tapadjon.
Apormentesített levegőt centrifugálással vagy tehetetlenséggelválasztják el a poros folyadéktól. Minél bensőségesebb a keverék, vagy minél kisebbek a cseppek (anélkül, hogy túl finomak lennének a levegőtől való elválasztáshoz), annál nagyobb a porleválasztás.
A légmosóban a levegő alulról felfelé áramlik, a szórófejek pedig vízcseppeket szórnak ki az áramlással szemben.
A venturifelgyorsítja a porral terheltlevegő sebességét , míg a konvergens diffúzor növeli a részecskék és a permetcseppek közötti ütközést. A divergens fúvóka ezután lelassítja a sebességet, lehetővé téve a por összecsomósodását. Végül a légáram egy ciklon típusú leválasztón halad át, ahol a por a centrifugálás és a tehetetlenség révén felfogásra kerül. A pormentes légáram a ciklon közepén keresztül a felső, központi kivezető nyílásig emelkedik.
A súrolók és a venturi súrolók a 0,5 és 1 μm közötti részecskék esetében hatékonyak. 0,5 μm alatt a felfogási hatékonyság jelentős nyomáseséssel, és ezáltal nagyobb energiafogyasztással jár. Az egy mikronnál nagyobb részecskék felfogása azonban a por koncentrációjával együtt nő.
A víz- és levegőáramlással együtt nő a felfogási hatékonyság is. Ez megsokszorozza a poros levegő-víz érintkezés valószínűségét. Ezen túlmenően, ezen áramlási sebességek növelése a venturi torokban arányosan növeli a venturi mosók hatékonyságát. A részecskegyűjtést elsősorban a vízpermet sebessége befolyásolja.
200 µm-ig a felületaktív anyag hozzáadása és a cseppmagasság növelése javítja a porgyűjtést a 3 mm körüli cseppeknél. Ennek oka, hogy a felületaktív anyag növeli a csepp deformációját a csepp esése során, és ezáltal az érintkezési felületét.
A por gázfázisból folyadékfázisba történő átvitele a száraz eljáráshoz képest jelentős kezelési költségeket, valamint víz- és energiafogyasztást eredményezhet. A mosókat a robbanásveszélyes porokkal és gyúlékony gázokkal kapcsolatos biztonsági probléma megoldására használják, vagy amikor a kezelendő levegő megközelíti a víztelítettséget.
A nedves eljárás buborékoszlopokat is használ a levegő pormentesítésére. A levegő egyenletesen, finom buborékok formájában oszlik el az oszlop keresztmetszetében. Ahogy a folyadék magassága nő, úgy nő a buborékoknak a folyadékon való áthaladáshoz szükséges idő is.
A légáramlás csökkentése csökkenti a buborékok átmérőjét és növeli a gyűjtési hatékonyságot. Ezenkívül ez a hatékonyság nő a következőkkel: a részecskék mérete 1,5 és 20 µm között (e felett stabil, 1 µm alatt: alacsony hatékonyság), a felületaktív anyagok használata és a gázelosztó nyílások mérete. A nanoméretű részecskék alacsonyabb gyűjtési hatékonysága javítható a buborékok finomságával, a buborékképzési rendszerrel és a buborékok tartózkodási idejét javító töltet hozzáadásával.
A buborékoszlopok építése és telepítése meglehetősen egyszerű és viszonylag olcsó. A zsákos szűrőkkel vagy elektrosztatikus szűrőkkel összehasonlítva azonban afelfogási hatékonyság alacsony marad.
Elektrofilter, elektrofilter vagy elektrosztatikus csapadékleválasztó berendezés
A porleválasztás elve a részecskék elektromos feltöltését, majd az elektrosztatikus kölcsönhatások segítségével történő eltérítését jelenti a poráram útjából. A feltöltött port ezután egy ellentétes elektromos töltésű elektróda felé irányítják, ahol az összecsapódik.
Ezt az eszközt kibocsátó elektródák (gyakran vezetékek) és vevőelektródák (lemezek) alkotják. Az anódokra negatív feszültséget kapcsolunk, amelyek elektronokat bocsátanak ki a környezetükbe. Ennek hatására ionizálódnak a gázmolekulák, amelyek a katódok által vonzva ütköznek az útjukba kerülő porral, és elektromosan feltöltődnek. A feltöltött por pedig a lemezekhez vonzódik, és összecsomósodik. A szűrő hatékonyságát a lemezek időszakos tisztításával tartják fenn, különböző technikákkal: vibrálással, kalapálással, mosással. A port egy tartályban gyűjtik össze, majd evakuálják.
Az elektromos rögzített porleválasztó hatékonysága függ a :
- a por fajlagos ellenállása (106 és1014 Ω.cm között).
- légsebesség (1-4 m/s)
- a por fizikai-kémiája
- az elektródák geometriája
106 Ω.cm alatt a gyűjtőelektródot elérő por könnyen elveszíti elektromos töltését, és a légáramlat fel tudja venni.1014 Ω.cm fölött szigetelőréteg képződik a katódon, és gátolja a szűrő hatékonyságát.
A levegő áthaladása az elektrosztatikus szűrőn alacsony nyomásesést (50-100Pa) eredményez. Az elektrofilter hatékonyságának növelése érdekében a poreltávolítási folyamat előrehaladásától függően több elektromos gyűjtőmező (2 és 6 között) sorba helyezhető. Ez a 100 nm-nél nagyobb részecskék esetében optimális. Ha azonban a részecskék 16 nm-nél kisebbek, több egymezős elektrosztatikus csapadékleválasztó hatékonyabb. A 0,2 µm-es részecskeméretnél pedig minimális a felfogási hatékonyság.
A kis átmérőjű emitterelektródák és a nagy felületű kollektorelektródák növelik a porgyűjtés hatékonyságát.
A nem megfelelő feszültségbeállítás elektróda meghibásodásához és ezáltal robbanásveszélyhez vezethet. A nedves elektrosztatikus leválasztó ezt a kockázatot kiküszöböli. A működési elv megegyezik a száraz elektrosztatikus szűrő működési elvével. A különbség abban rejlik, hogy a gyűjtőelektródákon nedves film található, amelyet csepegtető öntözőrendszer táplál. Felfogás
Az elektrosztatikus szűrő térfogata jelentős, ahogyan az általa jelentett beruházás is. Az áramfogyasztás és a szakképzett személyzet szükségessége miatt magasak az üzemeltetési költségek. Az elektrosztatikus szűrők nagy gázáramokhoz (80 000m3/h) ajánlottak. Elsősorban a nehéziparban, például az acéliparban, a hulladékégető üzemekben, a cementgyárakban és az energiatermelő egységekben használják őket.
Következtetés
A poreltávolítás többféle hatást foglal magában a részecskéknek a légáramból való leválasztása érdekében: ülepedés, impaction, centrifugálás, nedvesítés, szűrés és elektrosztatikus vonzás. A porleválasztók gyakran több ilyen hatást kombinálnak a kívánt poreltávolítási szint elérése érdekében. Az ipari körülményektől függően egyéb kritériumok is szerepet játszanak , mint például a mobilitás, a porleválasztó elhelyezése stb.
