Існує два основних типи пиловловлювачів: сухий і мокрий. До сухого способу відносяться пиловловлювачі з фільтруючим шаром (рукавні фільтри, кишені, картриджі), механічні (циклони) і електростатичні (електрофільтри); до мокрого способу – скрубери, скрубери Вентурі, барботажні колони і мокрі електрофільтри. Вибір пиловловлювача залежить від очікуваної продуктивності, бюджетних обмежень і промислових процесів, що підлягають знепиленню, зокрема розміру частинок, що викидаються.
Sommaire
Пиловловлювачі з фільтруючим шаром (рукавні фільтри, кишені, картриджі)
Принцип дії: запилене повітря проходить через пористий фільтруючий матеріал, затримуючи всі частинки, розмір яких перевищує пористість матеріалу.
Пристрій складається з короба, в основі якого розміщений кесон для збору пилу. Кесон містить ряди (вертикальні або горизонтальні) фільтруючих елементів (мішки, кишені, картриджі), через які проходить потік запиленого повітря. На вході в пленум повітря спочатку стикається з дефлектором. За рахунок інерційного удару він відокремлює з повітряного потоку найбільші частинки, які потім потрапляють в бункер.
Пил, що залишився, осідає на поверхні фільтрувального матеріалу. Повітряний потік виходить з фільтруючого шару, утвореного пористими стінками фільтруючих елементів, вільним від пилу. Частинки, що безперервно осаджуються, агломеруються, утворюючи шар, який сприяє фільтрації повітря: фільтрувальний пил. Фільтрувальний пиріг підвищує ефективність збору пилу. З іншого боку, він збільшує перепад тиску (засмічення вимірюється різницею статичного тиску перед і після фільтруючого матеріалу). Це вимагає: або заміни фільтруючого матеріалу (одноразовий папір, повсть тощо), або періодичного розблокування (увімкненого або вимкненого) для регенерації фільтруючого матеріалу.
Як правило, для забезпечення безперервності роботи, операції з очищення проводяться автоматично і послідовно на частині фільтруючого матеріалу, в той час як інша частина продовжує фільтрацію. На відміну від цього, ручне очищення вимагає втручання в кінці процесу або навіть його повної зупинки. Тривалість засмічення фільтра до досягнення критичного перепаду тиску повинна бути узгоджена з тривалістю процесу.
Основними методами очищення фільтруючих елементів є :
- Механічне струшування, яке викликає хвилю деформації в тканині мішків, що призводить до падіння фільтрувального пирога.
- Прочищення шляхом реверсування потоку повітря всередині пор фільтруючого матеріалу. Здійснюється автоматично після досягнення встановленої межі перепаду тиску або заданого часу.
- Пневматичне очищення рукавів шляхом впорскування стисненого повітря (струменево-імпульсне), яке миттєво протидіє фільтрації і піднімає пил з фільтра. Недоліком цього методу є повторна суспензія пилу, частина якого осідає на сусідніх носіях; тому для обмеження цього явища використовується очищення груп елементів.
Рукавні фільтри вимагають низької швидкості фільтрації для підтримки регенерації фільтра. Під час операцій очищення в процесі експлуатації швидкість висхідного потоку не повинна вступати в протиріччя зі швидкістю осадження очищених частинок. Швидкість фільтрації варіюється від 0,6 до 6 см/с в залежності від пилу і газу, що очищаються, і типу фільтруючого матеріалу. Швидкість фільтрації або швидкість фільтрації також виражається в м3/год.м².
Фільтрувальні матеріали бувають різних структур: тканини, голчастий повсть, композити, мембрани та кераміка. Вони виготовляються з синтетичних (ПЕТ, нейлон), мінеральних (скло) або органічних (целюлоза) матеріалів. Ці волокна обробляють для покращення певних властивостей, таких як хімічна стійкість, провідність, гідрофобність, олеофобність, адгезія та змочуваність.
Вибір фільтруючого елемента залежить від концентрації пилу в потоці, що очищується, природи пилу, складу газів, необхідної ефективності, методу очищення, термостійкості та економічних обмежень.
Ефективність уловлювання пиловловлювача є найнижчою для частинок діаметром від 0,1 до 0,5 мкм (занадто великих, щоб їх можна було вловити шляхом дифузії, і занадто малих, щоб їх можна було вловити шляхом вдавлення або перехоплення). При 0,1 мкм ефективність становить 95%. Понад 0,5 мкм – понад 99%. За необхідності можна додати ступінь безпечної фільтрації HEPA H13 або H14, коли концентрації викидів, яких необхідно досягти, особливо низькі.
Цей метод знепилення забезпечує високий рівень сепарації і підходить для широкого діапазону концентрацій викидів пилу. Технологія фільтрувального шару найбільш широко використовується в промисловості для розділення газів і твердих речовин, оскільки рукавні або картриджні пиловловлювачі поєднують високу ефективність з привабливими експлуатаційними витратами.
Механічні пиловловлювачі: циклони, декантатори
Циклони
Як це працює: запилене повітря обертається в циклоні; відцентрова сила притискає пил до стінки, де він збирається в грудки і осідає в бункері. Очищене повітря піднімається через центр циклону до вихідного отвору вгорі.
Відокремлення пилу є ще більш ефективним, коли :
- радіус циклону невеликий (збільшує відцентрову силу)
- концентрація частинок висока (що спонукає їх до агломерації)
- щільність частинок висока (швидший шлях до стінки)
- температура повітряного потоку низька (зменшує в’язкість газу, збільшує циклонічний ефект)
Високий потік повітря на вході в циклон допомагає збирати дрібні частинки.
Циклони не відповідають нормам щодо забруднення повітря. Вони зазвичай використовуються як первинні пиловловлювачі або попередні сепаратори для грубих частинок або шлаку, наприклад. Їх низька вартість і простота роблять їх ідеальними для цієї мети. Циклони вибирають для уловлювання частинок розміром 10 мкм і більше.
Графини
Найбільші частинки попередньо відокремлюються шляхом декантації в корпусі (розширювальній коробці, декантаційній камері). Частинки розміром більше 30 мкм можуть бути декантовані при швидкості повітря, забрудненого пилом, 5 м/с.
Мокрі пиловловлювачі: скрубери, вентурі, барботажні колони
Як це працює: запилене повітря контактує з миючою рідиною.
Ми шукаємо змочувальний ефект частинок. Ми надаємо перевагу контакту між рідиною та пилом:
- або шляхом конденсації пари навколо частинки,
- або додаючи поверхнево-активні речовини, щоб пил прилипав до краплі рідини.
Знепиленеповітря відокремлюється від запиленої рідини за допомогою центрифугування або інерції. Чим більш щільна суміш або чим менші краплі (але не занадто дрібні, щоб відокремитися від повітря), тим краще відокремлюється пил.
У скрубері повітря циркулює знизу вгору, а розпилювачі викидають краплі води проти течії.
Вентуріприскорює швидкість повітря , насиченого пилом, тоді як дифузор, що сходиться, збільшує зіткнення між частинками і краплями розпилювача. Потім розбіжна насадка уповільнює швидкість, дозволяючи пилу злипатися в грудки. Нарешті, повітряний потік проходить через сепаратор циклонного типу, де пил вловлюється за допомогою центрифугування та інерції. Очищений від пилу потік повітря піднімається через центр циклону до центрального вихідного отвору вгорі.
Скрубери і скрубери Вентурі ефективні для частинок розміром від 0,5 до 1 мкм. Нижче 0,5 мкм ефективність уловлювання супроводжується значним падінням тиску, а отже, вищим споживанням енергії. Однак уловлювання частинок, більших за мікрон, зростає зі збільшенням концентрації пилу.
Ефективність уловлювання також зростає зі збільшенням швидкості потоку води та повітря. Це збільшує ймовірність контакту запиленого повітря з водою. Крім того, збільшення швидкості потоку в горловині Вентурі пропорційно збільшує ефективність скруберів Вентурі. На вловлювання частинок в основному впливає швидкість розпилення води.
До 200 мкм додавання поверхнево-активної речовини та збільшення висоти краплі покращує вловлювання пилу для крапель розміром близько 3 мм. Це пов’язано з тим, що поверхнево-активна речовина збільшує деформацію краплі під час падіння, а отже, і її контактну поверхню.
Переведення пилу з газоподібної фази в рідку може призвести до значних витрат на очищення, а також споживання води та енергії порівняно з сухим способом. Скрубери використовуються для вирішення проблеми безпеки, пов’язаної з вибухонебезпечним пилом і горючими газами, або коли повітря, що очищується, наближається до насичення водою.
У мокрому процесі також використовуються барботажні колони для видалення пилу з повітря. Повітря рівномірно розподіляється по перерізу колонки у вигляді дрібних бульбашок. Зі збільшенням висоти рідини збільшується і час, необхідний для проходження бульбашки через неї.
Зменшення швидкості повітряного потоку зменшує діаметр бульбашок і підвищує ефективність уловлювання. Крім того, ця ефективність зростає при: розмірі частинок від 1,5 до 20 мкм (вище – стабільна, нижче 1 мкм – низька ефективність), використанні поверхнево-активних речовин, розмірі газорозподільних отворів. Нижчу ефективність уловлювання нанометрових частинок можна покращити за рахунок дрібності бульбашок, режиму барботування та додавання упаковки для збільшення часу перебування бульбашок.
Конструкція і монтаж бульбашкових колон досить прості і відносно недорогі. Однакефективність уловлювання залишається низькою порівняно з рукавними фільтрами або електрофільтрами.
Електрофільтри, електрофільтри або електрофільтри або електрофільтри
Принцип збору пилу полягає в електричному заряджанні частинок, а потім у використанні електростатичної взаємодії для відхилення їх зі шляху пилового потоку. Заряджений пил спрямовується до електрода з протилежним електричним зарядом, де він агломерується.
Цей пристрій складається з випромінюючих електродів (найчастіше дротів) і приймаючих електродів (пластин). На аноди подається від’ємна напруга, яка випромінює електрони в безпосередній близькості від них. Це призводить до іонізації молекул газу, які, притягнуті катодами, зіштовхуються з пилом на своєму шляху і електрично заряджають його. У свою чергу, заряджений пил притягується до пластин і збирається в грудки. Ефективність фільтра підтримується шляхом періодичного очищення пластин за допомогою різних методів: вібрації, ударів молотком, миття. Пил збирається в бункері, а потім евакуюється.
Ефективність електричного стаціонарного пиловловлювача залежить від :
- питомий опір пилу (від106 до1014 Ом.см).
- швидкість повітря (від 1 до 4 м/с)
- фізико-хімія пилу
- геометрія електродів
Нижче106 Ω.cm пил, що досягає електрода, легко втрачає свій електричний заряд і може бути підхоплений повітряним потоком. Вище1014 Ω.cm на катоді утворюється ізоляційний шар, який знижує ефективність фільтра.
Проходження повітря через електрофільтр призводить до низького перепаду тиску (50-100 Па). Для підвищення ефективності електрофільтра можна послідовно встановити кілька електричних полів збору (від 2 до 6), залежно від ходу процесу видалення пилу. Це оптимально для частинок розміром більше 100 нм. Однак, коли частинки менші за 16 нм, кілька однополюсних електрофільтрів є більш ефективними. А для частинок розміром 0,2 мкм існує мінімальна ефективність уловлювання.
Малий діаметр емітерних електродів і велика площа колекторних електродів підвищують ефективність збору пилу.
Неправильне налаштування напруги може призвести до поломки електродів, а отже, до ризику вибуху. Мокрий електрофільтр усуває цей ризик. Принцип його роботи ідентичний принципу роботи сухого електрофільтра. Різниця полягає в наявності вологої плівки на осаджувальних електродах, яка подається за допомогою системи крапельного зрошення. Вловлювання
Об’єм електрофільтру є значним, як і інвестиції, які він представляє. Споживання електроенергії та потреба в кваліфікованому персоналі роблять його експлуатаційні витрати високими. Електрофільтри рекомендуються для великих потоків газу (80 000м3/год). Вони в основному використовуються у важкій промисловості, наприклад, у сталеливарній промисловості, на сміттєспалювальних заводах, цементних заводах і на енергетичних установках.
Висновок
Видалення пилу передбачає кілька ефектів для відокремлення частинок від повітряного потоку: осадження, вдавлення, центрифугування, змочування, фільтрацію та електростатичне притягання. Пиловловлювачі часто поєднують кілька з цих ефектів для досягнення бажаного рівня видалення пилу. Залежно від промислового контексту в гру вступають інші критерії , такі як мобільність, місце розташування пиловловлювача тощо.
