Există două tipuri principale de colectori de praf: uscat și umed. Metoda uscată include colectoarele de praf cu strat filtrant (filtre cu sac, buzunare, cartușe), mecanice (cicloane) și electrostatice (precipitatoare electrostatice); metoda umedă include spălătoarele, spălătoarele Venturi, coloanele cu bule și precipitatoarele electrostatice umede. Alegerea unui colector de praf depinde de performanța așteptată, de constrângerile bugetare și de procesele industriale care urmează să fie depoluate, în special de dimensiunea particulelor emise.
Sommaire
Colectori de praf cu strat filtrant (filtre cu sac, buzunare, cartușe)
Principiul: aerul cu praf trece printr-un mediu filtrant poros, reținând toate particulele mai mari decât porozitatea mediului.
Dispozitivul cuprinde o cutie cu un buncăr de colectare a prafului la baza sa. Chesonul conține rânduri (verticale sau orizontale) de elemente filtrante (saci, buzunare, cartușe) prin care trece fluxul de aer cu praf. La intrarea în plen, aerul va fi întâlnit mai întâi un deflector. Prin impact inerțial, acesta separă cele mai mari particule din fluxul de aer, care cad apoi în buncăr.
Praful rămas se depune apoi pe suprafața materialului filtrant. Fluxul de aer iese din stratul filtrant format de pereții poroși ai elementelor filtrante, fără praf. Particulele, depuse continuu, se aglomerează pentru a forma un strat care contribuie la filtrarea aerului: tortul filtrant. Tortul filtrant crește eficiența colectării prafului. Pe de altă parte, crește pierderea de sarcină (colmatarea se măsoară prin diferența de presiune statică între amonte și aval de mediul filtrant). Acest lucru necesită: fie înlocuirea mediului filtrant (hârtie de unică folosință, pâslă etc.), fie decolmatarea periodică (la pornire sau la oprire) pentru a regenera mediul filtrant.
În general, pentru a asigura continuitatea funcționării, operațiunile de curățare sunt efectuate automat și secvențial pe o parte din mediul filtrant, cealaltă parte continuând filtrarea. În schimb, decolmatarea manuală necesită intervenția la sfârșitul procesului sau chiar oprirea acestuia. Durata de înfundare a filtrului până la atingerea unei căderi de presiune critice trebuie să poată fi adaptată la durata procesului.
Principalele metode de curățare a elementelor filtrante sunt :
- Scuturarea mecanică, care provoacă o undă de deformare în țesătura sacilor pentru a determina căderea turtei de filtrare.
- Deblocare prin inversarea fluxului de aer în interiorul porilor mediului filtrant. Se efectuează automat după o limită de cădere de presiune sau un timp stabilit.
- Curățarea pneumatică a sacilor prin injectarea de aer comprimat (jet-pulse), care contracarează momentan filtrarea și ridică praful din filtru. Aceasta are dezavantajul de a repune în suspensie praful, o parte din acesta depunându-se pe mediile vecine; de aici și utilizarea curățării pe grupuri de elemente pentru a limita acest fenomen.
Filtrele cu saci necesită o viteză de filtrare scăzută pentru a menține regenerarea filtrului. În timpul operațiunilor de curățare în timpul funcționării, viteza ascendentă a debitului nu trebuie să intre în conflict cu viteza de sedimentare a particulelor curățate. Viteza de filtrare variază între 0,6 și 6 cm/s, în funcție de praful și gazul care trebuie tratate și de tipul de material filtrant. Viteza de filtrare sau rata de filtrare este exprimată și în m3/h.m².
Materialele filtrante sunt disponibile într-o varietate de structuri: țesături, pâslă cu ace, materiale compozite, membrane și ceramică. Ele sunt fabricate din materiale sintetice (PET, nailon), minerale (sticlă) sau organice (celuloză). Aceste fibre sunt tratate pentru a îmbunătăți anumite proprietăți: rezistență chimică, conductivitate, hidrofobicitate, oleofobicitate, aderență, umectabilitate etc.
Alegerea elementului filtrant depinde de concentrația de praf din fluxul care trebuie tratat, natura prafului, compoziția gazelor, eficiența necesară, metoda de curățare, rezistența la temperatură și constrângerile economice.
Eficiența de captare a unui colector de praf este cea mai scăzută pentru particulele cu diametrul cuprins între 0,1 și 0,5µm (prea mari pentru a fi colectate prin difuzie, prea mici pentru a fi colectate prin impactare sau interceptare). La 0,1µm, eficiența este de 95%. Peste 0,5µm, aceasta este de peste 99%. Dacă este necesar, se poate adăuga o etapă de filtrare de siguranță HEPA H13 sau H14 atunci când concentrațiile de emisii care trebuie atinse sunt deosebit de scăzute.
Această tehnică de depoluare atinge un nivel ridicat de separare și este adecvată pentru o gamă largă de concentrații ale emisiilor de praf. Tehnologia stratului filtrant este cea mai utilizată în industrie pentru separarea gaz/solid, deoarece colectoarele de praf cu sac sau cartuș combină eficiența bună cu un cost de exploatare atractiv.
Colectori de praf mecanici: cicloane, decantoare
Ciclonii
Cum funcționează: aerul cu praf este rotit într-un ciclon; forța centrifugă împinge praful împotriva peretelui, unde se adună și se depune în buncăr. Aerul curățat se ridică prin centrul ciclonului până la ieșirea din partea superioară.
Separarea prafului este cu atât mai eficientă atunci când :
- raza ciclonului este mică (crește forța centrifugă)
- concentrația de particule este ridicată (ceea ce le încurajează să se aglomereze)
- densitatea particulelor este mare (drum mai rapid către perete)
- temperatura fluxului de aer este scăzută (reduce vâscozitatea gazului, crește efectul ciclonic)
Un flux mare de aer la intrarea în ciclon ajută la colectarea particulelor fine.
Ciclonele nu sunt conforme cu reglementările privind poluarea aerului. În general, acestea sunt utilizate ca colectori primari de praf sau preseparatoare pentru particule grosiere sau zgură, de exemplu. Costul redus și simplitatea lor le fac ideale pentru acest scop. Ciclonele sunt alese pentru a colecta particule de ordinul 10μm și peste.
Decantoare
Particulele cele mai mari sunt pre-separate prin decantare într-o incintă (cutie de expansiune, cameră de decantare). Particulele mai mari de 30µm pot fi decantate la o viteză de 5m/s din aerul încărcat cu praf.
Colectori de praf umed: scrubbers, venturi, coloane cu bule
Cum funcționează: aerul prăfuit este pus în contact cu un lichid de spălare.
Căutăm efectul de umectare al particulei. Favorizăm contactul dintre lichid și praf:
- sau prin condensarea vaporilor din jurul particulei,
- sau prin adăugarea de agenți tensioactivi pentru a face praful să adere la picătura de lichid.
Aerul desprins este separat de lichidul prăfos prin centrifugare sau inerție. Cu cât amestecul este mai intim sau picăturile mai mici (fără a fi prea fine pentru a fi separate din aer), cu atât separarea prafului este mai mare.
Într-un spălător, aerul circulă de jos în sus, iar pulverizatoarele ejectează picături de apă împotriva curentului.
Un venturiaccelerează viteza aerului încărcat cu praf, în timp ce un difuzor convergent crește impactul dintre particule și picăturile de pulverizare. O duză divergentă încetinește apoi viteza, permițând prafului să se adune. În cele din urmă, fluxul de aer trece printr-un separator de tip ciclon, unde praful este capturat prin centrifugare și inerție. Fluxul de aer fără praf se ridică prin centrul ciclonului până la ieșirea centrală din partea superioară.
Scrubbers și venturi scrubbers sunt eficiente pentru particule între 0,5 și 1 μm. Sub 0,5 μm, eficiența captării este însoțită de o scădere semnificativă a presiunii și, prin urmare, de un consum mai mare de energie. Cu toate acestea, captarea particulelor mai mari de un micron crește odată cu concentrația de praf.
Eficiența de captare crește, de asemenea, cu debitele de apă și aer. Acest lucru multiplică probabilitatea de contact aer/apă cu praf. În plus, creșterea acestor debite în gâtul venturi crește proporțional eficiența epuratoarelor venturi. Colectarea particulelor este influențată în principal de viteza jetului de apă.
Până la 200µm, adăugarea unui agent tensioactiv și creșterea înălțimii picăturii îmbunătățesc colectarea prafului pentru picături de aproximativ 3 mm. Acest lucru se datorează faptului că surfactantul crește deformarea picăturii în timpul căderii și, prin urmare, suprafața sa de contact.
Transferul prafului dintr-o fază gazoasă într-o fază lichidă poate duce la costuri de tratare semnificative, precum și la consum de apă și energie, în comparație cu procesul uscat. Epuratoarele sunt utilizate pentru a rezolva o problemă de siguranță legată de prafurile explozive și gazele inflamabile sau atunci când aerul care trebuie tratat se apropie de saturația cu apă.
Procesul umed utilizează, de asemenea, coloane cu bule pentru a elimina praful din aer. Aerul este distribuit uniform pe secțiunea transversală a coloanei sub formă de bule fine. Cu cât crește înălțimea lichidului, cu atât crește și timpul necesar bulei pentru a se deplasa prin acesta.
Reducerea debitului de aer reduce diametrul bulelor și crește eficiența colectării. În plus, această eficiență crește în funcție de: dimensiunea particulelor între 1,5 și 20 µm (stabilă peste aceasta, sub 1 µm: eficiență scăzută), utilizarea surfactanților, dimensiunea orificiilor de distribuție a gazului. Eficiența mai scăzută de colectare a particulelor nanometrice poate fi îmbunătățită prin finețea bulelor, regimul de bule și adăugarea de ambalaje pentru a îmbunătăți timpul de ședere al bulelor.
Construcția și instalarea coloanelor cu bule este destul de simplă și relativ necostisitoare. Cu toate acestea,eficiența captării rămâne scăzută în comparație cu filtrele cu saci sau precipitatoarele electrostatice.
Precipitatoare electrostatice, precipitatoare electrostatice sau precipitatoare electrostatice
Principiul colectării prafului implică încărcarea electrică a particulelor, apoi utilizarea interacțiunilor electrostatice pentru a le devia din calea fluxului de praf. Praful încărcat este apoi direcționat către un electrod cu sarcina electrică opusă, unde se aglomerează.
Electrozii emițători (adesea fire) și electrozii receptori (plăci) formează acest dispozitiv. O tensiune negativă este aplicată la anozi, care emit electroni în vecinătatea lor. Aceasta are ca efect ionizarea moleculelor de gaz care, atrase de catozi, se ciocnesc cu praful din calea lor și îl încarcă electric. La rândul său, praful încărcat este atras de plăci și se adună. Eficiența filtrului este menținută prin curățarea periodică a plăcilor prin diferite tehnici: vibrații, ciocănire, spălare. Praful este colectat într-un buncăr și apoi evacuat.
Eficiența unui colector de praf electric fix depinde de :
- rezistivitatea prafului (între106 și1014 Ω.cm).
- viteza aerului (1 până la 4 m/s)
- fizicochimia prafului
- geometria electrozilor
Sub106 Ω.cm, praful care ajunge la electrodul colector își pierde ușor sarcina electrică și poate fi preluat de fluxul de aer. Peste1014 Ω.cm, pe catod se formează un strat izolator care împiedică eficiența filtrului.
Trecerea aerului prin precipitatorul electrostatic duce la o pierdere de presiune redusă (50-100Pa). Pentru a crește eficiența precipitatorului electrostatic, mai multe câmpuri electrice de colectare (între 2 și 6) pot fi plasate în serie, în funcție de progresul procesului de îndepărtare a prafului. Acest lucru este optim pentru particulele mai mari de 100nm. Cu toate acestea, atunci când particulele sunt mai mici de 16nm, mai multe precipitatoare electrostatice cu un singur câmp sunt mai eficiente. Și pentru o dimensiune a particulelor de 0,2µm, există o eficiență minimă de captare.
Electrozii emițători cu diametru mic și electrozii colectori cu suprafață mare sporesc eficiența colectării prafului.
Setarea incorectă a tensiunii poate duce la ruperea electrozilor și, prin urmare, la un risc de explozie. Un precipitator electrostatic umed abordează acest risc. Principiul de funcționare este identic cu cel al unui precipitator electrostatic uscat. Diferența constă în prezența unui film umed pe electrozii colectori, alimentați de un sistem de irigare prin picurare. Captarea
Volumul unui precipitator electrostatic este semnificativ, la fel ca și investiția pe care o reprezintă. Consumul de energie electrică și nevoia de personal calificat fac ca costul său de exploatare să fie ridicat. Precipitatoarele electrostatice sunt recomandate pentru debite mari de gaze (80.000m3/h). Acestea sunt utilizate în principal în industria grea, cum ar fi industria siderurgică, instalațiile de incinerare a deșeurilor, fabricile de ciment și unitățile de producție a energiei.
Concluzie
Îndepărtarea prafului implică mai multe efecte pentru separarea particulelor din fluxul de aer: sedimentare, impactare, centrifugare, umectare, filtrare și atracție electrostatică. Colectoarele de praf combină adesea mai multe dintre aceste efecte pentru a atinge nivelul dorit de îndepărtare a prafului. Alte criterii intervin în funcție de contextul industrial, cum ar fi mobilitatea, amplasarea colectorului de praf etc.
