Existujú dva hlavné typy odprašovačov: suché a mokré. Suchý spôsob zahŕňa odlučovače prachu s filtračnou vrstvou (vreckové filtre, vrecká, kazety), mechanické (cyklóny) a elektrostatické (elektrostatické odlučovače); mokrý spôsob zahŕňa skrubery, Venturiho skrubery, bublinové kolóny a mokré elektrostatické odlučovače. Výber odlučovača prachu závisí od očakávaného výkonu, rozpočtových obmedzení a priemyselných procesov, ktoré sa majú odprášiť, najmä od veľkosti emitovaných častíc.
Sommaire
Filtračné vrstvy zberačov prachu (vreckové filtre, vrecká, kazety)
Princíp: prašný vzduch prechádza cez porézne filtračné médium, pričom sa zadržia všetky častice väčšie ako pórovitosť média.
Zariadenie pozostáva zo skrinky s násypkou na zachytávanie prachu v jej spodnej časti. Kesón obsahuje rady (vertikálne alebo horizontálne) filtračných prvkov (vrecia, vrecká, kazety), cez ktoré prechádza prúd prašného vzduchu. Na vstupe do pléna vzduch najprv narazí na deflektor. Ten zotrvačným nárazom oddeľuje najväčšie častice od prúdu vzduchu, ktoré potom padajú do zásobníka.
Zvyšný prach sa potom usadzuje na povrchu filtračného média. Prúd vzduchu vychádza z filtračnej vrstvy tvorenej poréznymi stenami filtračných prvkov bez prachu. Častice, ktoré sa priebežne usadzujú, aglomerujú a vytvárajú vrstvu, ktorá prispieva k filtrácii vzduchu: filtračný koláč. Filtračný koláč zvyšuje účinnosť zachytávania prachu. Na druhej strane však zvyšuje tlakovú stratu (zanášanie sa meria rozdielom statického tlaku pred a za filtračným médiom). To si vyžaduje: buď výmenu filtračného média (papier na jedno použitie, plsť atď.), alebo pravidelné odstraňovanie zanesenia (zapnuté alebo vypnuté) na regeneráciu filtračného média.
Vo všeobecnosti sa na zabezpečenie kontinuity prevádzky čistiace operácie vykonávajú automaticky a postupne na časti filtračného média, pričom druhá časť pokračuje vo filtrácii. Naopak, manuálne odstraňovanie upchávok si vyžaduje zásah na konci procesu alebo dokonca jeho úplné zastavenie. Trvanie zanesenia filtra do dosiahnutia kritického poklesu tlaku musí byť možné zosúladiť s trvaním procesu.
Hlavné metódy čistenia filtračných prvkov sú :
- Mechanické pretrepávanie, ktoré spôsobuje vlnu deformácie v tkanine vreciek, ktorá spôsobuje pokles filtračného koláča.
- Uvoľnenie zanesenia obráteným prúdením vzduchu vo vnútri pórov filtračného média. Vykonáva sa automaticky po uplynutí nastaveného limitu poklesu tlaku alebo nastaveného času.
- Pneumatické čistenie vreciek vstrekovaním stlačeného vzduchu (tryskový impulz), ktorý na chvíľu pôsobí proti filtrácii a vyťahuje prach z filtra. Nevýhodou je opätovné vznášanie prachu, ktorého časť sa usadzuje na susedných médiách; preto sa na obmedzenie tohto javu používa skupinové čistenie prvkov.
Vreckové filtre vyžadujú nízku rýchlosť filtrácie, aby sa zachovala regenerácia filtra. Počas čistiacich operácií počas prevádzky nesmie byť vzostupná rýchlosť prúdenia v rozpore s rýchlosťou sedimentácie čistených častíc. Rýchlosť filtrácie sa pohybuje v rozmedzí od 0,6 do 6 cm/s v závislosti od prachu a plynu, ktoré sa majú čistiť, a od typu filtračného média. Rýchlosť filtrácie alebo filtračná rýchlosť sa tiež vyjadruje v m3/h.m².
Filtračné médiá majú rôzne štruktúry: tkaniny, plsť, kompozity, membrány a keramika. Sú vyrobené zo syntetických (PET, nylon), minerálnych (sklo) alebo organických (celulóza) materiálov. Tieto vlákna sa upravujú na zlepšenie určitých vlastností, ako je chemická odolnosť, vodivosť, hydrofóbnosť, oleofóbnosť, priľnavosť a zmáčavosť.
Výber filtračného prvku závisí od koncentrácie prachu v upravovanom toku, charakteru prachu, zloženia plynov, požadovanej účinnosti, spôsobu čistenia, teplotnej odolnosti a ekonomických obmedzení.
Účinnosť zachytávania prachu je najnižšia pre častice s priemerom od 0,1 do 0,5 µm (príliš veľké na zachytenie difúziou a príliš malé na zachytenie impaktovaním alebo zachytením). Pri veľkosti 0,1 µm je účinnosť 95 %. Nad 0,5 µm je to viac ako 99 %. V prípade potreby je možné pridať bezpečnostný filtračný stupeň HEPA H13 alebo H14, ak sú koncentrácie emisií, ktoré sa majú dosiahnuť, obzvlášť nízke.
Táto technika odprášenia dosahuje vysokú úroveň separácie a je vhodná pre široký rozsah koncentrácií emisií prachu. Technológia filtračnej vrstvy je najrozšírenejšia v priemysle na odlučovanie plynu/pevnej látky, pretože vreckové alebo kazetové odlučovače prachu spájajú dobrú účinnosť s atraktívnymi prevádzkovými nákladmi.
Mechanické odlučovače prachu: cyklóny, dekantéry
Cyklóny
Ako to funguje: prašný vzduch sa otáča v cyklóne; odstredivá sila tlačí prach proti stene, kde sa zhlukuje a usadzuje v zásobníku. Vyčistený vzduch stúpa stredom cyklónu k výstupu v hornej časti.
Odlučovanie prachu je o to účinnejšie, že :
- polomer cyklónu je malý (zvyšuje odstredivú silu)
- koncentrácia častíc je vysoká (čo podporuje ich aglomeráciu).
- hustota častíc je vysoká (rýchlejšia cesta k stene)
- teplota prúdiaceho vzduchu je nízka (znižuje viskozitu plynu, zvyšuje cyklónový efekt)
Vysoký prietok vzduchu na vstupe do cyklónu pomáha zachytávať jemné častice.
Cyklóny nespĺňajú predpisy o znečistení ovzdušia. Vo všeobecnosti sa používajú ako primárne odlučovače prachu alebo predseparátory hrubých častíc alebo napríklad trosky. Ich nízke náklady a jednoduchosť ich predurčujú na tento účel. Cyklóny sa vyberajú na zber častíc s veľkosťou rádovo 10 μm a viac.
Karafy
Najväčšie častice sa vopred oddelia dekantáciou v kryte (expanzný box, dekantačná komora). Častice väčšie ako 30 µm sa môžu dekantovať pri rýchlosti 5 m/s vzduchu s prachom.
Mokré odlučovače prachu: skrubery, Venturiho trubice, bublinkové kolóny
Ako to funguje: prašný vzduch sa dostane do kontaktu s pracím prostriedkom.
Hľadáme zmáčací účinok častice. Uprednostňujeme kontakt medzi kvapalinou a prachom:
- alebo kondenzáciou pary okolo častice,
- alebo pridaním povrchovo aktívnych látok, aby sa prach prilepil na kvapku kvapaliny.
Odprašovaný vzduch sa od prachovej kvapaliny oddeľuje odstreďovaním alebo zotrvačnosťou. Čím je zmes hustejšia alebo čím sú kvapky menšie (bez toho, aby boli príliš jemné na oddelenie od vzduchu), tým väčšia je separácia prachu.
V čističke vzduch cirkuluje zdola nahor a rozprašovače vystrekujú kvapky vody proti prúdu.
Venturiho trubicazrýchľuje rýchlosť vzduchu s prachom, zatiaľ čo konvergentný difúzor zvyšuje náraz medzi časticami a kvapkami spreja. Divergentná dýza potom rýchlosť spomaľuje, čo umožňuje zhlukovanie prachu. Nakoniec prúd vzduchu prechádza cez cyklónový odlučovač, kde sa prach zachytáva odstreďovaním a zotrvačnosťou. Prúd vzduchu bez prachu stúpa stredom cyklónu k centrálnemu výstupu v hornej časti.
Skrubery a Venturiho skrubery sú účinné pre častice s veľkosťou od 0,5 do 1 μm. Účinnosť zachytávania pod 0,5 μm je sprevádzaná výrazným poklesom tlaku, a teda vyššou spotrebou energie. Zachytávanie častíc väčších ako jeden mikrón sa však zvyšuje s koncentráciou prachu.
Účinnosť zachytávania sa zvyšuje aj s prietokom vody a vzduchu. Tým sa znásobuje pravdepodobnosť kontaktu prašného vzduchu s vodou. Okrem toho zvyšovanie týchto prietokov vo Venturiho hrdle úmerne zvyšuje účinnosť Venturiho skruberov. Zber častíc ovplyvňuje najmä rýchlosť rozprašovania vody.
Do veľkosti 200 µm sa pridaním povrchovo aktívnej látky a zvýšením výšky kvapky zlepší zachytávanie prachu pri kvapkách s veľkosťou približne 3 mm. Je to preto, že povrchovo aktívna látka zvyšuje deformáciu kvapky počas pádu, a tým aj jej kontaktnú plochu.
Prevod prachu z plynnej fázy do kvapalnej fázy môže v porovnaní so suchým procesom spôsobiť značné náklady na spracovanie, ako aj spotrebu vody a energie. Skrubery sa používajú na riešenie bezpečnostného problému spojeného s výbušným prachom a horľavými plynmi alebo keď sa upravovaný vzduch blíži k nasýteniu vodou.
Pri mokrom procese sa na odstránenie prachu zo vzduchu používajú aj bublinkové kolóny. Vzduch sa rovnomerne rozdeľuje po priereze kolóny vo forme jemných bubliniek. So zvyšujúcou sa výškou kvapaliny sa predlžuje aj čas, za ktorý ňou bublina prejde.
Znížením prietoku vzduchu sa zmenší priemer bublín a zvýši sa účinnosť zberu. Okrem toho sa táto účinnosť zvyšuje s: veľkosťou častíc medzi 1,5 a 20 µm (stabilná nad touto hodnotou, pod 1 µm: nízka účinnosť), použitím povrchovo aktívnych látok, veľkosťou otvorov na rozvod plynu. Nižšiu účinnosť zberu nanometrických častíc možno zlepšiť jemnosťou bublín, režimom bublinkovania a pridaním obalu na zlepšenie času zdržania bublín.
Konštrukcia a inštalácia bublinkových stĺpov je pomerne jednoduchá a pomerne lacná.Účinnosť zachytávania je však v porovnaní s vrecovými filtrami alebo elektrostatickými odlučovačminízka.
Elektrostatické odlučovače, elektrostatické odlučovače alebo elektrostatické odlučovače
Princíp zachytávania prachu spočíva v elektrickom nabití častíc a ich následnom odklonení z dráhy prúdu prachu pomocou elektrostatických interakcií. Nabitý prach sa potom nasmeruje k elektróde s opačným elektrickým nábojom, kde sa aglomeruje.
Toto zariadenie tvoria vysielacie elektródy (často drôty) a prijímacie elektródy (dosky). Na anódy sa privádza záporné napätie, ktoré emitujú elektróny do svojho okolia. To má za následok ionizáciu molekúl plynu, ktoré priťahované katódami narážajú do prachu, ktorý im stojí v ceste, a elektricky ho nabíjajú. Nabitý prach je následne priťahovaný k doskám a zhlukuje sa. Účinnosť filtra sa udržiava pravidelným čistením dosiek rôznymi technikami: vibráciou, otĺkaním, umývaním. Prach sa zhromažďuje v násypke a potom sa odsáva.
Účinnosť elektrického pevného odprašovača závisí od :
- odpor prachu (106 až1014 Ω.cm).
- rýchlosť vzduchu (1 až 4 m/s)
- fyzikálna chémia prachu
- geometria elektród
Pod106 Ω.cm prach, ktorý sa dostane k zbernej elektróde, ľahko stráca svoj elektrický náboj a môže byť zachytený prúdom vzduchu. Pri hodnotách nad1014 Ω.cm sa na katóde vytvára izolačná vrstva, ktorá znižuje účinnosť filtra.
Prechod vzduchu cez elektrostatický odlučovač má za následok nízky pokles tlaku (50-100 Pa). Na zvýšenie účinnosti elektrostatického odlučovača možno v závislosti od priebehu procesu odstraňovania prachu umiestniť do série niekoľko elektrických zberných polí (2 až 6). To je optimálne pre častice väčšie ako 100 nm. Keď sú však častice menšie ako 16 nm, je účinnejších niekoľko elektrostatických odlučovačov s jedným poľom. A pri veľkosti častíc 0,2 µm je minimálna účinnosť zachytávania.
Emitorové elektródy s malým priemerom a zberné elektródy s veľkou plochou zvyšujú účinnosť zachytávania prachu.
Nesprávne nastavenie napätia môže viesť k poruche elektródy, a tým k riziku výbuchu. Toto riziko rieši mokrý elektrostatický odlučovač. Princíp činnosti je totožný s princípom činnosti suchého elektrostatického odlučovača. Rozdiel spočíva v prítomnosti mokrého filmu na zberných elektródach, ktorý je napájaný systémom kvapkovej závlahy. Zachytávanie
Objem elektrostatického odlučovača je významný, rovnako ako investícia, ktorú predstavuje. Spotreba elektrickej energie a potreba kvalifikovaného personálu spôsobujú, že náklady na jeho prevádzku sú vysoké. Elektrostatické odlučovače sa odporúčajú pre veľké prietoky plynu (80 000m3/h). Používajú sa najmä v ťažkom priemysle, ako je oceliarsky priemysel, spaľovne odpadov, cementárne a energetické výrobné jednotky.
Záver
Odstraňovanie prachu zahŕňa niekoľko efektov na oddelenie častíc z prúdu vzduchu: usadzovanie, impaktovanie, odstreďovanie, zmáčanie, filtráciu a elektrostatickú príťažlivosť. Odprašovače často kombinujú niekoľko z týchto účinkov, aby sa dosiahla požadovaná úroveň odstránenia prachu. V závislosti od priemyselného kontextu vstupujú do hry aj ďalšie kritériá, ako napríklad mobilita, umiestnenie lapača prachu atď.
