Rūpnieciskās atputekļošanas tehnoloģijas

Ir divu veidu putekļu savācēji: sausie un mitrie. Sausā metode ietver putekļu savācējus ar filtrējošo slāni (maisa filtri, kabatas, patronas), mehāniskos (cikloni) un elektrostatiskos (elektrostatiskie filtri); mitrā metode ietver skruberus, Venturi skruberus, burbuļu kolonnas un slapjos elektrostatiskos filtrus. Putekļu savācēja izvēle ir atkarīga no sagaidāmās veiktspējas, budžeta ierobežojumiem un attīrāmajiem rūpnieciskajiem procesiem, jo īpaši no emitēto daļiņu lieluma.

Filtra slāņa putekļu savācēji (maisa filtri, kabatas, kārtridži)

Princips: putekļains gaiss izplūst cauri porainai filtrējošai vielai, aizturot visas daļiņas, kas ir lielākas par filtrējošās vielas porainību.

Ierīce sastāv no kastes ar putekļu savākšanas tvertni tās pamatnē. Kesonā ir filtrējošo elementu (maisu, kabatu, patronu) rindas (vertikālas vai horizontālas), caur kurām izplūst putekļainā gaisa plūsma. Pie ieplūdes plenumā gaiss vispirms saskaras ar deflektoru. Tas ar inerces trieciena palīdzību no gaisa plūsmas atdala lielākās daļiņas, kas pēc tam iekrīt tvertnē.

Atlikušie putekļi nogulsnējas uz filtra materiāla virsmas. Gaisa plūsma iziet no filtrējošā slāņa, ko veido filtrējošo elementu porainās sieniņas, bez putekļiem. Daļiņas, kas nogulsnējas nepārtraukti, aglomerējas, veidojot slāni, kas veicina gaisa filtrēšanu: filtra rauši. Filtra rauši palielina putekļu savākšanas efektivitāti. No otras puses, tas palielina spiediena kritumu (aizsērēšanu mēra pēc statiskā spiediena starpības pirms un aiz filtra materiāla). Tādēļ ir nepieciešama filtrējošā materiāla (vienreizlietojamā papīra, filca u. c.) nomaiņa vai periodiska aizsērēšanas novēršana (ieslēgšana vai izslēgšana), lai atjaunotu filtrējošo materiālu.

Lai nodrošinātu nepārtrauktu darbību, tīrīšanas operācijas parasti tiek veiktas automātiski un secīgi daļai filtrējošā materiāla, bet otra daļa turpina filtrēšanu. Turpretī manuālai attīrīšanai no aizsērējuma ir nepieciešama iejaukšanās procesa beigās vai pat tā pilnīga pārtraukšana. Filtra aizsērēšanas ilgumam, līdz tiek sasniegts kritiskais spiediena kritums, jābūt saskaņotam ar procesa ilgumu.

Galvenās filtru elementu tīrīšanas metodes ir :

• Mehāniskā kratīšana, kas izraisa deformācijas vilni maisu audumā, lai izraisītu filtrēšanas kūku krišanu.
• Atbrīvojas no aizsērēšanas, apgriežot gaisa plūsmu filtra materiāla porās. Tas tiek veikts automātiski pēc noteikta spiediena krituma ierobežojuma vai noteiktā laika.
• Pneimatiskā maisu tīrīšana, iesmidzinot saspiestu gaisu (strūklas impulss), kas uz brīdi neitralizē filtrāciju un paceļ putekļus no filtra. Šai metodei ir trūkums, jo tā atkārtoti suspendē putekļus, no kuriem daļa nosēžas uz blakus esošajiem medijiem; tādēļ, lai ierobežotu šo parādību, izmanto elementu grupu tīrīšanu.

Lai nodrošinātu filtra reģenerāciju, maisa filtriem ir nepieciešams neliels filtrēšanas ātrums. Tīrīšanas operāciju laikā darbības laikā plūsmas augšupejošais ātrums nedrīkst būt pretrunā ar attīrīto daļiņu sedimentācijas ātrumu. Filtrēšanas ātrums svārstās no 0,6 līdz 6 cm/s atkarībā no attīrāmajiem putekļiem un gāzēm un filtra materiāla veida. Filtrēšanas ātrumu vai filtrēšanas ātrumu izsaka arī m3/h.m².

Filtrējošo materiālu struktūras ir dažādas: audumi, filcs, kompozīti, membrānas un keramika. Tie ir izgatavoti no sintētiskiem (PET, neilons), minerāliem (stikls) vai organiskiem (celuloze) materiāliem. Šīs šķiedras tiek apstrādātas, lai uzlabotu noteiktas īpašības: ķīmisko izturību, vadītspēju, hidrofobiju, oleofobiju, adhēziju, mitrumu utt.

Filtra elementa izvēle ir atkarīga no putekļu koncentrācijas attīrāmajā plūsmā, putekļu veida, gāzu sastāva, nepieciešamās efektivitātes, tīrīšanas metodes, temperatūras izturības un ekonomiskajiem ierobežojumiem.

Putekļu savācēja uztveršanas efektivitāte ir viszemākā daļiņām, kuru diametrs ir no 0,1 līdz 0,5 µm (pārāk lielas, lai tās uztvertu ar difūzijas metodi, un pārāk mazas, lai tās uztvertu ar impakcijas vai intercepcijas metodi). Pie 0,1 µm efektivitāte ir 95 %. Virs 0,5 µm tā ir vairāk nekā 99 %. Ja nepieciešams, var pievienot HEPA H13 vai H14 drošības filtrēšanas pakāpi, ja sasniedzamā emisijas koncentrācija ir īpaši zema.

Šī atputekļošanas metode nodrošina augstu atdalīšanas līmeni un ir piemērota plašam putekļu emisiju koncentrāciju diapazonam. Filtra slāņa tehnoloģija ir visplašāk izmantotā tehnoloģija rūpniecībā gāzu/cieto vielu atdalīšanai, jo maisu vai kasešu putekļu savācēji apvieno labu efektivitāti ar pievilcīgām ekspluatācijas izmaksām.

Mehāniskie putekļu savācēji: cikloni, dekanteri

Cikloni

Kā tas darbojas: putekļains gaiss rotē ciklonā; centrbēdzes spēks spiež putekļus pret sienu, kur tie savācas un nosēžas tvertnē. Attīrītais gaiss paceļas caur ciklona centru uz izplūdes atveri augšpusē.

Putekļu atdalīšana ir vēl efektīvāka, ja :

• ciklona rādiuss ir mazs (palielina centrbēdzes spēku).
• daļiņu koncentrācija ir augsta (kas veicina to aglomerāciju).
• daļiņu blīvums ir liels (ātrāks ceļš uz sienu).
• gaisa plūsmas temperatūra ir zema (samazina gāzes viskozitāti, palielina ciklonisko efektu).

Liela gaisa plūsma ciklona ieplūdes atverē palīdz savākt smalkās daļiņas.

Cikloni neatbilst gaisa piesārņojuma noteikumiem. Tos parasti izmanto kā primāros putekļu savācējus vai, piemēram, rupjo daļiņu vai izdedžu priekšatlasītājus. To zemās izmaksas un vienkāršība padara tos ideāli piemērotus šim nolūkam. Ciklonus izvēlas 10 μm un lielāku daļiņu savākšanai.

Dekanteri

Lielākās daļiņas tiek iepriekš atdalītas, dekantējot kamerā (izplešanās kastē, dekantēšanas kamerā). Daļiņas, kas lielākas par 30 µm, var dekantēt ar 5 m/s ātrumu no putekļiem piesātināta gaisa.

Mitrie putekļu savācēji: skruberi, Venturi, burbuļu kolonnas.

Kā tas darbojas: putekļains gaiss nonāk saskarē ar mazgāšanas šķidrumu.

Mēs meklējam daļiņas mitrināšanas efektu. Mēs dodam priekšroku saskarei starp šķidrumu un putekļiem:

• vai kondensējoties tvaikam ap daļiņu,
• vai pievienojot virsmaktīvās vielas, lai putekļi pieliptu pie šķidruma piliena.

Atputekļotais gaiss tiek atdalīts no putekļainā šķidruma ar centrifugēšanas vai inerces palīdzību. Jo blīvāks ir maisījums vai jo mazāki ir pilieni (bet tie nav pārāk smalki, lai atdalītos no gaisa), jo lielāka ir putekļu atdalīšana.

Skruberī gaiss cirkulē no apakšas uz augšu, un smidzinātāji izsmidzina ūdens pilienus pret straumi.

Venturi caurulepaātrina ar putekļiem piesātinātāgaisa ātrumu, savukārt konverģentais difuzors palielina daļiņu un izsmidzināšanas pilienu sadursmi. Diverģentā sprausla samazina ātrumu, ļaujot putekļiem saplūst kopā. Visbeidzot gaisa plūsma iet caur ciklona tipa separatoru, kur putekļi tiek uztverti ar centrifugācijas un inerces palīdzību. No putekļiem brīvā gaisa plūsma paceļas caur ciklona centru uz centrālo izplūdes atveri augšpusē.

Skruberi un Venturi skruberi ir efektīvi attiecībā uz daļiņām no 0,5 līdz 1 μm. Ja izmērs ir mazāks par 0,5 μm, uztveršanas efektivitāte ir saistīta ar ievērojamu spiediena kritumu un līdz ar to lielāku enerģijas patēriņu. Tomēr daļiņu, kas lielākas par mikronu, uztveršana palielinās līdz ar putekļu koncentrāciju.

Uztveršanas efektivitāte palielinās arī ar ūdens un gaisa plūsmas ātrumu. Tas palielina putekļaina gaisa un ūdens kontakta varbūtību. Turklāt, palielinot šos caurplūdumus Venturi caurulē, proporcionāli palielinās Venturi skruberu efektivitāte. Daļiņu savākšanu galvenokārt ietekmē ūdens izsmidzināšanas ātrums.

Līdz 200 μm, pievienojot virsmaktīvo vielu un palielinot pilienu augstumu, tiek uzlabota putekļu savākšana, ja pilieni ir aptuveni 3 mm lieli. Tas ir tāpēc, ka virsmaktīvā viela palielina piliena deformāciju krišanas laikā un līdz ar to arī tā kontakta virsmu.

Putekļu pārvietošana no gāzveida fāzes uz šķidru fāzi var radīt ievērojamas apstrādes izmaksas, kā arī ūdens un enerģijas patēriņu, salīdzinot ar sauso procesu. Skruberus izmanto, lai atrisinātu drošības problēmu, kas saistīta ar sprādzienbīstamiem putekļiem un uzliesmojošām gāzēm, vai arī tad, ja attīrāmā gaisa piesātinājums ar ūdeni tuvojas maksimumam.

Mitrajā procesā izmanto arī burbuļu kolonnas, lai no gaisa atdalītu putekļus. Gaiss tiek vienmērīgi sadalīts kolonnas šķērsgriezumā smalku burbulīšu veidā. Palielinoties šķidruma augstumam, palielinās arī laiks, kas vajadzīgs, lai burbulītis caur to ceļotu.

Samazinot gaisa plūsmas ātrumu, samazinās burbuļu diametrs un palielinās savākšanas efektivitāte. Turklāt šī efektivitāte palielinās, ja daļiņu izmērs ir no 1,5 līdz 20 µm (virs 1 µm – stabils, zem 1 µm – zema efektivitāte), ja tiek izmantotas virsmaktīvās vielas, gāzes sadales atveru izmērs. Zemāku nanometrisko daļiņu savākšanas efektivitāti var uzlabot, izmantojot burbuļu smalkumu, burbuļošanas režīmu un pievienojot iepakojumu, lai uzlabotu burbuļu uzturēšanās laiku.

Burbuļkolonnu konstrukcija un uzstādīšana ir diezgan vienkārša un salīdzinoši lēta. Tomēruztveršanas efektivitāte joprojām ir zema salīdzinājumā ar maisa filtriem vai elektrostatiskajiem filtriem.

Elektrostatiskie filtri, elektrostatiskie filtri vai elektrostatiskie filtri

Putekļu savākšanas princips ietver daļiņu elektrisku uzlādi, pēc tam izmantojot elektrostatisko mijiedarbību, lai tās novirzītu no putekļu plūsmas ceļa. Pēc tam uzlādētie putekļi tiek novirzīti uz elektrodu ar pretēju elektrisko lādiņu, kur tie aglomerējas.

Šo ierīci veido izstarojošie elektrodi (bieži vien vadi) un uztvērējelektrodi (plates). Anodiem tiek pielikts negatīvs spriegums, un tie emitē elektronus savā tuvumā. Tas izraisa gāzes molekulu jonizāciju, kuras, piesaistītas katodiem, saduras ar putekļiem, kas atrodas to ceļā, un elektriski uzlādējas. Savukārt uzlādētie putekļi pievelkas pie plāksnēm un saplūst kopā. Filtra efektivitāti uztur, periodiski tīrot plāksnes, izmantojot dažādus paņēmienus: vibrāciju, āmuru, mazgāšanu. Putekļi tiek savākti tvertnē un pēc tam evakuēti.

Elektriskā stacionārā putekļu savācēja efektivitāte ir atkarīga no :

• putekļu pretestība (no¹⁰⁶ līdz¹⁰¹⁴ Ω.cm).
• gaisa ātrums (1 līdz 4 m/s)
• putekļu fizikālā ķīmija
• elektrodu ģeometrija

Zem¹⁰⁶ Ω.cm putekļi, kas sasniedz savācējelektrodu, viegli zaudē savu elektrisko lādiņu un tos var uzņemt gaisa plūsma. Virs¹⁰¹⁴ Ω.cm uz katoda veidojas izolācijas slānis, kas samazina filtra efektivitāti.

Gaisa caurplūšana caur elektrostatisko filtru rada zemu spiediena kritumu (50-100 Pa). Lai palielinātu elektrostatiskā filtrāta efektivitāti, atkarībā no putekļu atdalīšanas procesa gaitas var secīgi izvietot vairākus elektriskos savākšanas laukus (no 2 līdz 6). Tas ir optimāli daļiņām, kas lielākas par 100 nm. Tomēr, ja daļiņas ir mazākas par 16 nm, efektīvāki ir vairāki viena lauka elektrostatiskie filtri. Un daļiņu izmēram 0,2 µm ir minimāla uztveršanas efektivitāte.

Maza diametra izstarotāja elektrodi un liela laukuma kolektora elektrodi palielina putekļu savākšanas efektivitāti.

Nepareiza sprieguma iestatīšana var izraisīt elektrodu sabrukumu un līdz ar to sprādziena risku. Šo risku novērš mitrais elektrostatiskais filtrs. Darbības princips ir tāds pats kā sausajam elektrostatiskajam filtram. Atšķirība ir tā, ka uz savācējelektrodiem ir mitra plēve, ko pievada pilienveida apūdeņošanas sistēma. Uztveršana

Elektrostatiskā filtrāta tilpums ir ievērojams, tāpat kā ieguldījums, ko tas rada. Elektroenerģijas patēriņš un nepieciešamība pēc kvalificēta personāla padara tā ekspluatācijas izmaksas augstas. Elektrostatiskie filtri ir ieteicami lielām gāzu plūsmām (80 000^m3/h). Tos galvenokārt izmanto smagajā rūpniecībā, piemēram, tērauda rūpniecībā, atkritumu sadedzināšanas iekārtās, cementa rūpnīcās un enerģijas ražošanas iekārtās.

Secinājums

Lai atdalītu daļiņas no gaisa plūsmas, putekļu aizvākšana ietver vairākus efektus: nogulsnēšanos, iespiešanos, centrifugāciju, mitrināšanu, filtrāciju un elektrostatisko pievilkšanu. Putekļu savācēji bieži apvieno vairākas no šīm iedarbībām, lai sasniegtu vēlamo putekļu noņemšanas līmeni. Atkarībā no rūpnieciskā konteksta ir svarīgi arī citi kritēriji, piemēram, mobilitāte, putekļu savācēja atrašanās vieta utt.