3.1. Odpylacze mechaniczne

3.1.1. Odpylacze grawitacyjne (komory osadcze)

3.1.2. Koncentratory inercyjne

3.1.3. Cyklony

3.1.4. Koncentratory odśrodkowe

3.1.5. Przeciwbieżny odpylacz cyklonowy

3.2. Odpylacze filtracyjne – filtry workowe
3.3. Odpylacze elektrostatyczne – elektrofiltry

1

2

Działanie komór osadczych oparte jest na wykorzystaniu siły ciężkości. W czasie poziomego przepływu gazu przez
komorę następuje opadanie ziaren pyłu do lejów pyłowych zlokalizowanych w dnie komory.

Schemat komory osadczej: 1 – dyfuzor, 2 – komora osadcza, 3 – konfuzor, 4 – lej pyłowy (dyfuzor i konfuzor
ze względu na konieczność wyrównania profilu prędkości gazu w komorze)

O efekcie odpylania decyduje:

• siła ciężkości działająca na ziarna pyłu



– średnica ekwiwalentna ziarna pyłu



s

– gęstość ziarna pyłu

g – przyspieszenie ziemskie

•

czas przebywania zapylonego gazu (ziarna pyłu) w komorze

L – długość komory osadczej

v – prędkość gazu

g

6

F

s

3

g













v

L





Przy prędkości gazu
v



1 m/s:

wytrącenie ziarna pyłu o średnicy



= 100



m



L wynosi kilka m

wytrącenie ziarna pyłu o średnicy



= 10



m



L wynosi kilkaset m

3

a)

komora Howarda (z samooczyszczającymi się półkami),

b)

z pionową przegrodą (grawitacyjno-inercyjne) –
wykorzystujące efekt zderzenia elastycznego ziarna z
przeszkodą (zderzenie elastyczne),

c)

komora półkowa z żaluzją wlotową (żaluzja – separacja
najcięższych ziaren pyłu, wyrównanie profilu prędkości
gazu w komorze)

4

Cechy charakterystyczne komór osadczych

• bardzo niskie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne (prosta konstrukcja, niski
wskaźnik energochłonności bo niskie opory przepływu:
komory bez przegród



P = 20



50 Pa,

z przegrodami



P ~ 300 Pa,

nie jest wymagany wykwalifikowany nadzór eksploatacyjny)

• niska skuteczność odpylania (zatrzymywane są ziarna



> 100



m, w komorach

z półkami i przegrodami



>30



m)

• duże gabaryty, bo mała prędkość gazu (v

max

~1 m/s),

a więc temperatura gazu musi być wyższa o min ~30 deg od temperatury punktu rosy

Zakres stosowania

• jako odpylacze wstępne pełniące niekiedy rolę segregatora pyłów,

• jako tzw. komory kurzowe, ograniczające nadmierny unos pyłu w gazach np. z pieców
obrotowych lub suszarń obrotowych

5

W koncentratorach inercyjnych wykorzystuje się efekt odpadania ziaren
pyłu od głównego strumienia gazu na skutek elastycznych zderzeń
ziaren z odpowiednio uformowanymi przeszkodami. W zderzeniach
nieelastycznych ziarno pozostaje na powierzchni przeszkody. W
zderzeniach elastycznych ziarno pyłu powraca do strumienia gazu
powodując lokalne zmiany stężenia pyłu w gazie.

q

v

– strumień objętości gazu zapylonego

S – stężenie pyłu w gazie zapylonym
q

vo

- strumień objętości gazu oczyszczonego

S

0

-

stężenie pyłu w gazie oczyszczonym

q

vk

– strumień objętości gazu „zatężonego ”

S

K

– stężenie pyłu w gazie „zatężonym”

S

0

< S < S

K

Ziarno A trafia do strugi gazu „zatężonego”,
Ziarno B trafia do powietrza atmosferycznego w strudze gazu
oczyszczonego

W warunkach adiabatycznych
qv = qvo + qvk,
qvk = (6-15) % qv

q

v

, S

q

vo

, S

o

q

vK

, S

K

6

Koncentratory inercyjne:
a)

żaluzjowy
jednopłaszczyznowy

b)

żaluzjowy
wielopłaszczyznowy

c)

stożkowy

q

vo

, S

o

ZBIORNIK

PYŁU

KONCENTRATOR

WENT.

Schemat technologiczny układu

z koncentratorem inercyjnym

q

vk

, S

k

q

v

, S

odpylacz ADM

7

Wg producenta:

8

Cechy charakterystyczne koncentratorów inercyjnych



niskie koszty inwestycyjne (relatywnie małe wymiary, prosta konstrukcja),



umiarkowane koszty eksploatacyjne (



p = 100 – 1000 Pa),



niska skuteczność odpylania (



gr

~ 10



m)



mała odporność na erozję w przypadku pyłów suchych lub zarastanie – w przypadku pyłów

wilgotnych

Zakres stosowania

aerodynamiczny odpylacz modułowy ADM polecany przez producenta do odpylania spalin z kotłów
rusztowych osiąga skuteczności



c

max = 50 – 60 %, a więc nie jest konkurencyjny dla tradycyjnych

technologii odpylania

Instalacja odpylania spalin
wyposażona w koncentratory
inercyjne i jej przedziałowa
skuteczność odpylania
(lata 50. XX w.)

9

Napływający do cyklonu gaz ulega zawirowaniu. Pojawia się siła odśrodkowa powodująca odrzucanie
ziaren pyłu w kierunku ścian płaszcza cyklonu, po których osuwają się w dół w kierunku zbiornika
pyłu pod wpływem siły ciężkości oraz impulsu pochodzącego od opadającego strumienia gazu.
W dolnej części stożka gaz zmienia kierunek z opadającego we wznoszący i jako gaz odpylony
wypływa z odpylacza przez centralnie umieszczony przewód wylotowy zwany tradycyjnie „kominem”.

W rzeczywistości nie cały strumień gazu spływa w dół. Na całej wysokości cyklonu występują
p

rzepływy promieniowe. Ich intensywność poza obszarem napływu do przewodu wylotowego jest

jednak nieduża.

10

gdzie:



- średnica ziarna pyłu,



s

– gęstość pyłu,

v

t

– składowa styczna prędkości

r – odległość od osi cyklonu

r

v

6

F

2

t

s

3

od













Geometria wlotu gazu
do cyklonu:

a)

wlot spiralny,

b)

wlot styczny

70

75

80

85

90

95

100

300

400

500

600

700

800

900 1000 1100

średnica cyklonu typu D, mm .

sk

u

te

cz

n

o

ść

o

d

p

yl

an

ia

,

%

.

11 % poniżej 5



m

20% poniżej 5



m

Wpływ średnicy cyklonu typu D na skuteczność jego
działania dla pyłów testowych:

skaleń 4900 (11 % frakcji < 5



m)

skaleń 6400 (20 % frakcji < 5



m)

Zakres wydajności

cyklonu CE

o zadanej średnicy

D, mm

CE-1, m

3

/s

400

0,22 - 0,43

450

0,29 - 0,56

500

0,36 - 0,68

560

0,45 - 0,84

630

0,57 - 1,07

710

0,73 - 1,37

800

0,91 - 1,73

900

1,16 - 2,19

1000

1,44 - 2,70

11

Patent USA z 1886 roku

Nowoczesny cyklon
typu CE/0,4 lub CE/0,5

czas przebywania gazu w odpylaczu

 

śr

z

v

H





gdzie: H – wysokość cyklonu,
(v

z

)ś

r

– średnia wartość składowej osiowej

prędkości w opadającym przepływie gazu

v

Z

przekrój poprzeczny przekrój wzdłużny

12

D – średnica części cylindrycznej cyklonu
d – średnica przewodu wyprowadzającego gaz z cyklonu

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

średnica ziarna pyłu, um

.

p

rz

ed

zi

ał

o

w

a

sk

u

te

cz

n

o

ść

o

d

p

yl

an

ia

, %

CE/0,4

D=1000

D=630

D=400

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

średnica ziarna pyłu, um .

p

rz

ed

zi

ał

o

w

a

sk

u

te

cz

n

o

ść

o

d

p

yl

an

ia

, %

CE/0,5

D=1000

D=630

D=400

Wpływ średnicy przewodu
wylotowego gazu
odpylonego na
przedziałową skuteczność
odpylania



pi = f(



i):

CE/0,4 - średnica
przewodu 40 % średnicy
części cylindrycznej
cyklonu,

CE/0,5 - średnica
przewodu 50 % średnicy
części cylindrycznej
cyklonu

13

śluza szczelinowa

śluzy klapkowe

śluza obrotowa

14

Wysokiej całkowitej skuteczności odpylania należy oczekiwać:

● dla cyklonów o małej średnicy (mała odległość od osi obrotu),

●

dla cyklonów o smukłej konstrukcji (dłuższy czas przebywania gazu w odpylaczu),

●

odpowiedniej relacji pomiędzy średnicą przewodu wylotowego (komina), a średnicą

części cylindrycznej cyklonu,

●

w przypadku pyłów o dużej średnicy i dużej gęstości, a więc o dużej masie ziaren pyłu,

●

w przypadku odpowiednio dużego strumienia objętości gazu wprowadzonego do

cyklonu (duża prędkość wlotowa a więc i odpowiednio duża składowa styczna prędkości gazu),

● przy

zapewnieniu sukcesywnego odbioru pyłu z leja zsypowego (niebezpieczeństwo

zasypania pyłem komory roboczej cyklonu),

●

zachowaniu szczelności zamknięcia pyłowego (podsysanie fałszywego powietrza w dolnej

części stożka cyklonu, w strefie maksymalnej koncentracji pyłu, niweczy efekt odpylania).

15

Bateria cyklonów (cyklon bateryjny)

D = 400 -1000 mm

◄ np. 20 szt. D = 400 mm

zamiast 4 szt. D = 900 mm

B

a

teri

a

c

yklon

ów

(K

O

WEN

T

-K

o

ń

sk

ie)

16

Multicyklon (D=150-250 mm)

Cyklony osiowe ►
stosowane w
multicyklonach

Śluza obrotowa (KOWENT-Końskie)

Multicyklon

(KOWENT-Końskie)

Przenośnik ślimakowy
(KOWENT-Końskie)

17

ZALETY

●

dobra skuteczność odpylania przy stosunkowo niskich kosztach inwestycyjnych i

eksploatacyjnych,

●

duża pewność ruchowa,

●

stosunkowo mała wrażliwość na zmienność takich parametrów jak temperatura, stopień

zawilżenia i skład chemiczny gazu,

●

wzrost skuteczności odpylania ze wzrostem stężenia pyłu w gazie wlotowym,

●

brak przeciwwskazań do stosowania dla gazów i pyłów palnych i wybuchowych,

●

wzrost skuteczności odpylania wraz ze wzrostem stężenia pyłu w gazie

.

WADY

●

mała odporność na erozję pyłową,

●

duża wrażliwość na nieszczelności,

●

wyraźne pogorszenie efektu odpylania w przypadku zmniejszenia obciążenia gazowego,

●

wzrostu średnicy, wzrostu zawartości drobnych frakcji pyłu (



gr

= 5-10



m )

ZAKRES STOSOWANIA

Cyklony stosowane są powszechnie. Są to uniwersalne urządzenia odpylające pracujące jako

pierwszy lub jedyny stopień odpylania. Są klasycznymi urządzeniami odpylającymi dla starszych
kotłów z rusztem mechanicznym (łagodne standardy emisyjne pyłu).

18

Konstrukcje z lat 50. XX w. stanowiące odpowiedź na nisko skuteczne
układy z koncentratorami inercyjnymi oraz niezadowalające efekty
pracy cyklonów (optymalizacja cyklonów zakończona została w
połowie lat 70. XX w.)
Obecnie stosowane kotłach z paleniskami narzutowymi – jako
element konstrukcyjny kotła a nie w celu ograniczenia emisji pyłu do
powietrza.

◄ Koncentrator odśrodkowy: 1 – kierownica wlotowa,

2 – rura zewnętrzna, 3 – rura wewnętrzna, 4 – pierścień osłonowy,

5 – szczelina do odsysania „zatężonej” strugi gazu

CYKLON

ROZŁAD.

KONCENTRATOR

WENT.

WENT

.

KONCENTRATOR

WENT.

WENT.

CYKLON

ROZŁAD.

a)

b)

Schematy technologiczne układów z koncentratorami odśrodkowymi: a) otwarty, b) recyrkulacyjny

19

Przedziałowa skuteczność odpylania ▲
1 – pył odlewniczy, 2 – popiół lotny (



gr

= 7



m)

▲ Koncentrator odśrodkowy
(multicyklon przelotowy)

Zastosowanie koncentratora odśrodkowego w
kotle ORp-35 (palenisko narzutowe) ►

20

▲ Charakterystyka przedziałowej skuteczności działania

Core Separatora:

1 – wg producenta

(



gr = 0,15



m !?),

2 – wg pomiarów dla układu dwustopniowego dla kotła OR-32 (80
% wydajności znamionowej kotła, paliwo: wartość opałowa 19,9
MJ/kg, zawartość popiołu 17,7 %): odpylacz wstępny MOS-24 i
Core Separator

(



gr = 7



m)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01

0,1

1

10

100

średnica ekwiwalentna ziarna pyłu, um

p

rze

d

zi

a

ło

w

a

s

k

u

te

c

zn

o

ś

ć

o

d

p

y

la

n

ia

,

%

1

2

21

Przeciwbieżny odpylacz cyklonowy zaliczany jest do nowej
generacji wysokosprawnych mechanicznych odpylaczy
przepływowych wykorzystujących efekt siły odśrodkowej,
wzmocniony w porównaniu z cyklonami klasycznymi dzięki
wprowadzeniu do przestrzeni roboczej dodatkowego strumienia
gazu, tzw. gazu pomocniczego

q

VS

- strumień objętości gazu zapylonego

q

VP

-

strumień objętości gazu pomocniczego

1 - wlot gazu zapylonego
2 - element formujący przepływ gazu zapylonego
3 - komora odpylacza
4 - wlot gazu pomocniczego
5 - element formujący przepływ gazu pomocniczego
6 - wylot gazu odpylonego
7 - tarcza zwrotna

q

VS

+ q

VP

q

VP

q

VS

pył

22

Rola gazu pomocniczego:

• nakładając się na wirujący przepływ gazu

zapylonego, wzmacnia jego rotację

powodując wzrost skuteczności odpylania,

• tworząc wirującą poduszkę gazową przy

ścianach komory, przechwytuje ziarna pyłu

odrzucone siłą odśrodkową, dzięki czemu

chroni ściany komory przed erozją pyłową,

• transportuje wytrącony pył w kierunku leja

pyłowego zapobiegając jego porywaniu do

głównego strumienia gazu.

▲ Wpływ stosunku
objętości gazu pomocniczego q

VP

do objętości gazu zapylonego q

VS

na skuteczność odpylania



C

i wskaźnik energochłonności k

EN

23

q

VP

/q

VS

=0

q

VP

/q

VS

=0,7

q

VP

/q

VS

=0,3

q

VP

/q

VS

=0,5

q

VP

/q

VS

=0,6

24

a) układ otwarty

- gaz pobierany spoza instalacji odpylającej (np. powietrze atmosferyczne z otoczenia)

b) układ zamknięty

–

jako gaz pomocniczy

wprowadza się do komory odpylacza od góry część gazu

zapylonegp (najniższy wskaźnik energochłonności dzięki zwiększeniu wydajności odpylacza
(np. odpylacz D=1000 mm, nominalne obciążenie gazowe wynosi q

VS1

= 2,2 m

3

/s, q

VP

/q

VS

=0,7,

czyli q

VP

= q

VS2

= 1,5 m

3

/s, a więc procesowi odpylania w odpylaczu D=1000 mm poddawane jest

q

VS

= q

VS1

+ q

VS2

= 3,7 m

3

/s)

c)

układ recyrkulacyjny

–

gazem pomocniczym

jest

gaz odpylony, którego część jest odbierana przez wentylator

pomocniczy z kanału przed wentylatorem wyciągowym (najwyższa skuteczność odpylania przy wskaźniku
energochłonności porównywalnym z układem otwartym)

q

VS2

O

D

P
Y

L

A

C

Z

W

P

W

W

q

VP

q

VS

+ q

VP

q

VS

a)

O

D

P
Y

L

A

C
Z

W

P

W

W

q

VS1

q

VS1

+ q

VS2

q

VS

b)

O

D

P
Y

L

A

C

Z

W

P

W

W

q

VS

q

VP

q

VS

+ q

VP

q

VS

c)

W

W

– wentylator wyciągowy

W

P

– wentylator pomocniczy

q

VP

– strumień objętości gazu

pomocniczego

q

VS

– strumień objętości gazu

zapylonego

25

Recyrkulacja

● zwiększa prawdopodobieństwo
wytrącenia ze strumienia gazu
najdrobniejszych frakcji pyłu:

◦ w opadającym strumieniu gazu pomocniczego działa
na nie duża siła odśrodkowa przeciwdziałająca ich
przemieszczaniu w kierunku wznoszących strumieni
gazu,

◦

opadający strumień gazu pomocniczego nasyca się

pyłem odrzuconym w kierunku ścian komory, dzięki
czemu wykorzystuje się znany efekt wzrostu
skuteczności wraz ze wzrostem stężenia pyłu,

◦

dla części najdrobniejszych ziaren pyłu (< 2



m) cykl

ten powtarza się wielokrotnie

●

zmniejsza wrażliwość odpylacza

na niedociążenie gazowe

Bateria 8 szt. przeciwbieżnych odpylaczy cyklonowych

pracujących w układzie recyrkulacyjnym

26

profil składowej stycznej w cyklonie

profil składowej stycznej

w przeciwbieżnym odpylaczu

cyklonowym

27

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,1

1

10

100

średnica ekwiwalentna ziarna pyłu, um .

prz

edz

ia

łow

a

sk

ut

ec

zno

ść

od

py

la

ni

a,

%

.

Przedziałowa skuteczność działania przeciwbieżnego odpylacza cyklonowego opracowana w oparciu o wyniki
rutynowych badań całkowitej skuteczności odpylania prowadzonych w obiektach przemysłowych w latach
1984–1993 (średnice odpylaczy od 900 do 1500 mm, obciążenie gazowe od 55 do 120 %, stosunek ilości gazu
pomocniczego do zapylonego (recyrkulacja) od 29 % do 93 %, gęstość pyłu od 1540 do 2700 kg/m

3

).



gr

= 1,5



m

28

ZALETY

● bardzo dobra skuteczność odpylania przy stosunkowo niskich kosztach inwestycyjnych i eksploatacyjnych
● duża pewność ruchowa,
● stosunkowo mała wrażliwość na zmienność parametrów gazu jak: temperatura, stopień zawilżenia,
skład chemiczny,
● brak przeciwwskazań do stosowania dla gazów i pyłów palnych i wybuchowych,
● wzrost skuteczności odpylania wraz ze wzrostem stężenia pyłu w gazie,
● większa w porównaniu z cyklonami odporność na erozję pyłową,
● mniejsza w porównaniu z cyklonami wrażliwość na niedociążenie gazowe i ewentualne nieszczelności
zamknięcia pyłowego.

WADY

konieczność stosowania dodatkowego wentylatora – większe w stosunku do cyklonów zużycie energii

ZAKRES STOSOWANIA

Zaleca się stosować tam, gdzie cyklony klasyczne nie spełniają wymogu ograniczenia emisji pyłu do wartości
dopuszczalnej a instalowanie wysokosprawnych filtrów tkaninowych lub elektrofiltrów jest niemożliwe ze
względów technicznych lub nieuzasadnione ekonomicznie.

Powszechnie stosowane do odpylania gazów odlotowych z suszarń. Pracują również jako pierwszy stopień w instalacjach
odzyskujących materiał zmielony. Dobre efekty przyniosło również ich zastosowanie do odpylania gazów poreakcyjnych w
instalacjach odsiarczających spaliny z kotłów rusztowych metodą półsuchą (stężenia emisyjne pyłu poniżej 400 mg/m

3ref

). W

związku z coraz ostrzejszymi normami dotyczącymi dopuszczalnych stężeń emisyjnych pyłu w spalinach z kotłów rusztowych,
zrozumiałe jest bardzo duże zainteresowanie tą technologią odpylania także i dla tych obiektów.