Pramoninės dulkių šalinimo technologijos

Skiriami du pagrindiniai dulkių surinktuvų tipai: sausas ir šlapias. Sausajam metodui priskiriami dulkių surinktuvai su filtruojančiu sluoksniu (maišiniai filtrai, kišeniniai filtrai, kasetės), mechaniniai (ciklonai) ir elektrostatiniai (elektrostatiniai filtrai); drėgnajam metodui priskiriami skruberiai, Venturi skruberiai, burbulų kolonos ir drėgnieji elektrostatiniai filtrai. Dulkių surinktuvo pasirinkimas priklauso nuo laukiamo našumo, biudžeto apribojimų ir pramoninių procesų, kurių metu bus valomos dulkės, ypač nuo išmetamų dalelių dydžio.

Filtravimo sluoksnio dulkių surinktuvai (rankoviniai filtrai, kišeniniai filtrai, kasetės)

Principas: dulkėtas oras praeina pro akytą filtro terpę ir sulaiko visas daleles, kurios yra didesnės už terpės akytumą.

Įrenginį sudaro dėžė, kurios dugne yra dulkių surinkimo bunkeris. Kesone yra eilės (vertikalios arba horizontalios) filtravimo elementų (maišelių, kišenių, kasečių), pro kuriuos praeina dulkėto oro srautas. Įsiurbimo angoje oras pirmiausia susiduria su deflektoriumi. Jis, veikiamas inercinio smūgio, atskiria nuo oro srauto didžiausias daleles, kurios patenka į bunkerį.

Likusios dulkės nusėda ant filtravimo medžiagos paviršiaus. Oro srautas išeina iš filtravimo sluoksnio, kurį sudaro akytos filtro elementų sienelės, be dulkių. Nuolat nusėdusios dalelės aglomeruojasi ir sudaro oro filtravimą skatinantį sluoksnį – filtro pyragą. Filtravimo pyragas padidina dulkių surinkimo efektyvumą. Kita vertus, jis didina slėgio kritimą (užsikimšimas matuojamas statinio slėgio skirtumu prieš filtravimo terpę ir už jos). Dėl to reikia: arba pakeisti filtravimo medžiagą (vienkartinį popierių, veltinį ir t. t.), arba periodiškai išvalyti užsikimšimą (įjungti arba išjungti), kad filtravimo medžiaga atsinaujintų.

Paprastai, siekiant užtikrinti nepertraukiamą veikimą, valymo operacijos atliekamos automatiškai ir paeiliui su dalimi filtravimo medžiagos, o kita dalis tęsia filtravimą. Priešingai, rankiniu būdu valant filtrą, reikia įsikišti proceso pabaigoje arba net visiškai jį sustabdyti. Filtro užsikimšimo trukmę, kol bus pasiektas kritinis slėgio kritimas, turi būti įmanoma suderinti su proceso trukme.

Pagrindiniai filtrų elementų valymo būdai yra :

• Mechaninis purtymas, kuris sukelia maišų audinio deformacijos bangą, dėl kurios nukrenta filtro pyragas.
• Užsikimšimas pašalinamas keičiant oro srauto kryptį filtro terpės porose. Tai atliekama automatiškai po nustatytos slėgio kritimo ribos arba nustatyto laiko.
• Pneumatinis maišelių valymas įpurškiant suslėgtą orą (reaktyvinis impulsas), kuris trumpam sustabdo filtravimą ir pakelia dulkes iš filtro. Šio valymo trūkumas yra tas, kad dulkės vėl suspenduojamos, o dalis jų nusėda ant gretimų terpių; todėl, siekiant apriboti šį reiškinį, naudojamas elementų grupių valymas.

Norint palaikyti filtro regeneraciją, reikia mažo filtravimo greičio. Iš tikrųjų, atliekant neužsikimšusių dalelių valymo operacijas, srauto didėjimo greitis neturi kirstis su neužsikimšusių dalelių sedimentacijos greičiu. Filtravimo greitis svyruoja nuo 0,6 iki 6 cm/s, priklausomai nuo valomų dulkių ir dujų bei filtravimo medžiagos tipo. Filtravimo greitis arba filtravimo greitis taip pat išreiškiamas m3/h.m².

Filtravimo terpės būna įvairios struktūros: audiniai, adatinis veltinis, kompozitai, membranos ir keramika. Jos gaminamos iš sintetinių (PET, nailono), mineralinių (stiklo) arba organinių (celiuliozės) medžiagų. Šie pluoštai apdorojami siekiant pagerinti tam tikras savybes: cheminį atsparumą, laidumą, hidrofobiškumą, oleofobiškumą, lipnumą, drėgnumą ir kt.

Filtro elemento pasirinkimas priklauso nuo dulkių koncentracijos valomame sraute, dulkių pobūdžio, dujų sudėties, reikiamo efektyvumo, valymo metodo, atsparumo temperatūrai ir ekonominių apribojimų.

Dulkių surinktuvo surinkimo efektyvumas yra mažiausias, kai dalelės yra 0,1-0,5 µm skersmens (per didelės, kad būtų surenkamos difuzijos būdu, ir per mažos, kad būtų surenkamos sutankinimo ar sugėrimo būdu). Esant 0,1 µm, efektyvumas siekia 95 %. Didesnis nei 0,5 µm – daugiau nei 99 %. Jei reikia, galima prijungti HEPA H13 arba H14 apsauginio filtravimo pakopą, kai išmetamų teršalų koncentracija, kurią reikia pasiekti, yra ypač maža.

Taikant šį dulkių šalinimo būdą pasiekiamas aukštas atskyrimo lygis ir jis tinka įvairiai dulkių emisijos koncentracijai. Filtro sluoksnio technologija yra plačiausiai pramonėje naudojama dujų ir kietųjų dalelių atskyrimui, nes maišelių arba kasečių dulkių surinkimo įrenginiuose suderinamas geras efektyvumas ir patrauklios eksploatavimo sąnaudos.

Mechaniniai dulkių surinktuvai: ciklonai, dekanteriai

Ciklonai

Kaip tai veikia: dulkėtas oras sukasi ciklone; išcentrinė jėga stumia dulkes prie sienelės, kur jos susikaupia ir nusėda bunkeryje. Išvalytas oras per ciklono centrą kyla į viršuje esančią išleidimo angą.

Dulkių atskyrimas yra dar veiksmingesnis, kai :

• ciklono spindulys yra mažas (padidėja išcentrinė jėga).
• didelė dalelių koncentracija (dėl to jos aglomeruojasi).
• dalelių tankis yra didelis (greičiau pasiekia sienelę).
• oro srauto temperatūra yra žema (sumažėja dujų klampumas, padidėja cikloninis efektas).

Didelis oro srautas ciklono įėjime padeda surinkti smulkias daleles.

Ciklonai neatitinka oro taršos taisyklių. Paprastai jie naudojami kaip pirminiai dulkių surinkėjai arba pirminiai stambių dalelių ar, pavyzdžiui, šlako separatoriai. Dėl mažos kainos ir paprastumo jie idealiai tinka šiam tikslui. Ciklonai parenkami 10 μm ir didesnėms dalelėms surinkti.

Dekanteriai

Didžiausios dalelės iš anksto atskiriamos dekantavimo būdu uždaroje patalpoje (išsiplėtimo dėžėje, dekantavimo kameroje). Didesnės nei 30 µm dalelės gali būti dekantuojamos 5 m/s greičiu iš dulkių prisotinto oro.

Drėgnieji dulkių surinktuvai: skruberiai, Venturi, burbulinės kolonos

Kaip tai veikia: dulkėtas oras susilieja su skalbimo skysčiu.

Ieškome dalelės drėkinimo poveikio. Pirmenybę teikiame skysčio ir dulkių sąlyčiui:

• arba dėl garų kondensacijos aplink dalelę,
• arba pridedant paviršinio aktyvumo medžiagų, kad dulkės priliptų prie skysčio lašo.

Išpurkštas oras nuo dulkėto skysčio atskiriamas centrifugavimo arba inercijos būdu. Kuo mišinys intymesnis arba kuo mažesni lašai (ne per smulkūs, kad juos būtų galima atskirti nuo oro), tuo geriau atskiriamos dulkės.

Skruberyje oras cirkuliuoja iš apačios į viršų, o purkštuvai išpurškia vandens lašelius prieš srovę.

Venturi sklendėpagreitina dulkių pripildytooro greitį , o konvergentinis difuzorius padidina dalelių ir purškiamo oro lašelių susidūrimą. Divergentinis purkštukas sulėtina greitį, todėl dulkės susikaupia. Galiausiai oro srautas praeina pro ciklono tipo separatorių, kuriame dulkės sulaikomos dėl centrifugavimo ir inercijos. Nedulkėtas oro srautas per ciklono centrą kyla į centrinį išėjimą viršuje.

Skruberiai ir Venturi skruberiai veiksmingai veikia 0,5-1 μm daleles. Mažiau nei 0,5 μm dalelių surinkimo efektyvumas yra susijęs su dideliu slėgio kritimu, todėl sunaudojama daugiau energijos. Tačiau didesnių nei 1 mikronas dalelių surinkimas didėja didėjant dulkių koncentracijai.

Gaudymo efektyvumas taip pat didėja, kai didėja vandens ir oro srautai. Tai padidina dulkėto oro ir vandens sąlyčio tikimybę. Be to, didinant šiuos srautus Venturi gerklėje, proporcingai didėja Venturi skruberių efektyvumas. Dalelių surinkimui didžiausią įtaką daro vandens purškimo greitis.

Iki 200 µm, pridėjus paviršinio aktyvumo medžiagos ir padidinus lašelio aukštį, pagerėja dulkių surinkimas, kai lašeliai yra maždaug 3 mm dydžio. Taip yra todėl, kad paviršinio aktyvumo medžiaga padidina lašelio deformaciją kritimo metu, taigi ir jo kontaktinį paviršių.

Perkeliant dulkes iš dujinės fazės į skystąją fazę, palyginti su sausuoju procesu, gali būti patiriamos didelės valymo išlaidos, taip pat sunaudojama daug vandens ir energijos. Skruberiai naudojami saugos problemai, susijusiai su sprogių dulkių ir degiųjų dujų susidarymu, spręsti arba kai valomas oras artėja prie prisotinimo vandeniu.

Šlapiojo proceso metu taip pat naudojamos burbulų kolonos dulkėms iš oro pašalinti. Oras tolygiai pasiskirsto kolonėlės skerspjūvyje smulkių burbuliukų pavidalu. Didėjant skysčio aukščiui, ilgėja ir laikas, per kurį burbuliukas per jį keliauja.

Sumažinus oro srauto greitį, sumažėja burbuliukų skersmuo ir padidėja surinkimo efektyvumas. Be to, šis efektyvumas didėja, kai: dalelių dydis yra nuo 1,5 iki 20 µm (stabilus didesnis, mažesnis nei 1 µm – mažas efektyvumas), naudojamos paviršinio aktyvumo medžiagos, dujų paskirstymo angų dydis. Mažesnį nanometrinių dalelių surinkimo efektyvumą galima pagerinti, jei nustatomas burbuliukų smulkumas, burbuliukų režimas ir pridedama pakuočių, kurios pagerina burbuliukų buvimo laiką.

Burbulinių kolonų statyba ir įrengimas yra gana paprastas ir palyginti nebrangus. Tačiau, palyginti su rankoviniais filtrais ar elektrostatiniais filtrais,surinkimo efektyvumas išlieka mažas.

Elektrostatiniai filtrai, elektrostatiniai filtrai arba elektrostatiniai nusodintuvai

Dulkių surinkimo principas yra toks: dalelės įkraunamos elektra, tada, naudojant elektrostatinę sąveiką, jos nukreipiamos nuo dulkių srauto kelio. Tada įkrautos dulkės nukreipiamos į priešingą elektros krūvį turintį elektrodą, kur jos aglomeruojasi.

Šį prietaisą sudaro spinduliuojantys elektrodai (dažnai laidai) ir priimantys elektrodai (plokštelės). Į anodus, kurie spinduliuoja elektronus į savo apylinkes, įjungiama neigiama įtampa. Dėl to jonizuojamos dujų molekulės, kurios, pritraukiamos katodų, susiduria su jų kelyje esančiomis dulkėmis ir įelektrinamos. Savo ruožtu įkrautos dulkės pritraukiamos prie plokštelių ir susitelkia. Filtro efektyvumas palaikomas periodiškai valant plokšteles įvairiais būdais: vibravimu, daužymu, plovimu. Dulkės surenkamos į bunkerį ir išsiurbiamos.

Elektrinio stacionaraus dulkių siurblio efektyvumas priklauso nuo :

• dulkių varža (nuo¹⁰⁶ iki¹⁰¹⁴ Ω.cm).
• oro greitis (1-4 m/s)
• dulkių fizikinė chemija
• elektrodų geometrija

Mažiau nei¹⁰⁶ Ω.cm surinkimo elektrodą pasiekiančios dulkės lengvai praranda elektros krūvį ir gali būti pakeltos oro srauto. Virš¹⁰¹⁴ Ω.cm ant katodo susidaro izoliacinis sluoksnis, kuris mažina filtro efektyvumą.

Per elektrostatinį filtrą praleidžiamas oras, todėl slėgio kritimas yra nedidelis (50-100 Pa). Siekiant padidinti elektrostatinio filtro efektyvumą, priklausomai nuo dulkių šalinimo proceso eigos, galima nuosekliai išdėstyti kelis elektrinius surinkimo laukus (nuo 2 iki 6). Tai optimalu didesnėms nei 100 nm dalelėms. Tačiau kai dalelės yra mažesnės nei 16 nm, efektyvesni yra keli vieno lauko elektrostatiniai filtrai. O kai dalelių dydis yra 0,2 µm, yra minimalus surinkimo efektyvumas.

Mažo skersmens emiterio elektrodai ir didelio ploto kolektoriaus elektrodai padidina dulkių surinkimo efektyvumą.

Neteisingai nustačius įtampą, gali įvykti elektrodų suirimas, todėl gali kilti sprogimo pavojus. Šią riziką pašalina drėgnasis elektrostatinis filtras. Veikimo principas toks pat kaip ir sausojo elektrostatinio filtro. Skirtumas yra tas, kad ant surinkimo elektrodų yra drėgna plėvelė, kurią tiekia lašelinė drėkinimo sistema. Surinkimas

Elektrostatinio filtro tūris yra didelis, kaip ir investicijos į jį. Elektros energijos sąnaudos ir kvalifikuoto personalo poreikis reiškia, kad eksploatacijos išlaidos yra didelės. Elektrostatinius filtrus rekomenduojama naudoti esant dideliems dujų srautams (80 000^m3/h). Jie daugiausia naudojami sunkiojoje pramonėje, pavyzdžiui, plieno pramonėje, atliekų deginimo įmonėse, cemento gamyklose ir energijos gamybos įrenginiuose.

Išvada

Dulkių šalinimas apima kelis poveikius, kuriais dalelės atskiriamos iš oro srauto: nusėdimą, sutankinimą, centrifugavimą, drėkinimą, filtravimą ir elektrostatinę trauką. Dulkių surinktuvuose dažnai derinami keli iš šių poveikių, kad būtų pasiektas norimas dulkių pašalinimo lygis. Priklausomai nuo pramoninio konteksto, svarbūs ir kiti kriterijai, pavyzdžiui, mobilumas, dulkių surinkėjo vieta ir kt.