ODPYLACZE SUCHE

Pacułt Rafał

Piwowarczyk Piotr

Sławek Mateusz

GRUPA 4 INŻYNIERIA ŚROWISKA

1.Wstęp

Pyły są mieszaniną dwufazową w której fazą rozpraszającą jest gaz, a rozproszoną – rozdrobnione ciało stałe. Elementy ciała stałego nazywamy cząstką, lub ziarnem pyłu. Górną granicą wymiarów geometrycznych ziaren, które możemy zaliczyć do pyłów jest 300µm. W celu uzyskania większej precyzji odnośnie zaliczenia danego aerozolu do pyłów można użyć definicji Judy, wg. Której do pyłów zalicza się ziarna, których prędkość swobodnego opadania w nieruchomym powietrzu ( o temp. 20^oC i ciśnieniu 1013hPa) jest mniejsza od 5m/s, lub które poruszają się ruchami Browna.

Pyły można podzielić ze względu na wielkość ziaren na pyły o rozdrobnieniu koloidalny/submikronowym (mniejsze cząstki) lub o rozdrobnieniu makroskopowym (większe cząstki).

Większość pyłów występujących w przyrodzie (naturalnych), oraz tworzących się w różnych procesach technologicznych (antropogenicznych) to pyły polidepresyjne o zróżnicowanej wielkości ziaren i właściwościach fizykochemicznych.

Do oceny składu frakcyjnego pyłu stosuję się dwa rodzaje metod:

-bezpośrednie ; dokonuje się separacji pyłu na odpowiednie frakcje przez izokinetyczne zasysanie zapylonego gazu do tzw. Impaktora kaskadowego

-pośrednie ; wymagają pobrania reprezentatywnej próbki pyłu i poddaniu jej dalszej analizie w laboratorium

Rysunek 1 Ocena składu frakcyjnego pyłu

Ziarna pyłów mogą wchodzić w skład aerozolów(jako faza rozproszona) lub w skład warstwy pyłu osadzonego na dowolnym podłożu lub pyłu zgromadzonego(np. w zbiornikach)

Aby wybrać odpowiednią metodę odpylania, konieczna jest znajomość składu chemicznego pyłów.

Podstawową wielkością mierzącą skuteczność odpylaczy jest całkowita skuteczność odpylania η. Jest to stosunek strumienia masy pyły zatrzymywanego w urządzeniu – m₂ do strumienia masy pyłu wprowadzanego do odpylacza. Kolejną miarą jest frakcyjna skuteczność odpylania – mierząca zdolność do separacji poszczególnych klas ziarnowych pyłu, Pozostałymi kryteriami oceny pracy odpylacza jest:

• Dyspozycyjność urządzenia

• Sprawność ogólna odpylacza

• Zużycie energii

• Zużycie czynników pomocniczych

• Wymiary liniowe oraz powierzchnia i przestrzeń zajmowane przez urządzenie

• Koszty inwestycyjne

• Koszty eksploatacyjne

• Koszty oczyszczania

• Okres amortyzacji

Do grupy odpylaczy mechanicznych suchych należą urządzania w których wtrącanie ziaren pyłu następuje na zasadzie wykorzystania siły grawitacyjnej, efektu bezładności lub siły odśrodkowej. Możemy rozróżnić odpylacze suche:

• Grawitacyjne

• Inercyjne

• Odśrodkowe

• Multicyklony i baterie cyklonów

• Wirowe przeciwbieżne

2. Odpylacze grawitacyjne

Odpylacze grawitacyjne działają dzięki najbardziej podstawowej sile występującej w przyrodzie a mianowicie grawitacji. Ich metoda działania jest bardzo prosta i zazwyczaj stanowi tylko wstępny etap oczyszczania gazów. Dzieje się tak dlatego, że odpylacze grawitacyjne mają zdolność do odfiltrowywania jedynie dużych cząstek pyłowych (powyżej 100μm lub 50μm). Odpylacze grawitacyjne działają skutecznie wtedy kiedy prędkość opadania ziaren jest większa niż 0,5m/s. Wyróżniamy dwie podstawowe konstrukcje odpylaczy grawitacyjnych, inaczej zwanych komorami osadczymi. Są to: komora osadczo pyłowa oraz komora osadczo pyłowa z półkami.

2.1 Budowa odpylaczy grawitacyjnych

Jak już wcześniej wspomniałem, odpylacze grawitacyjne dzielimy na 2 grupy pod względem konstrukcyjnym. Pierwszą z nich jest komora osadczo pyłowa (rys.2)

Rysunek 2 Komora osadczo pyłowa

Schemat jej budowy i działania wygląda następująco:

1. Komora osadnicza

2. Zasobnik pyłu

3. Tory ziaren o dużych średnicach (>100μm lub >50μm)

4. Tory ziaren o małych średnicach

5. Wlot zapylonych gazów

6. Wylot gazów odpylonych

Natomiast drugim prezentowanym rodzajem odpylaczy suchych jest komora osadcza pyłowa z półkami (rys.3)

Rysunek 3 Komora osadczo pyłowa z półkami

Jeśli chodzi o budowę tej komory, wygląda podobnie jak w przypadku zwykłej komory osadczo pyłowej, jedyną różnicą jest obecność w komorze osadniczej perforowanych półek, łańcuchów bądź przegród kierujących które zwiększają sprawność odpylania.

2.2 Schemat działania odpylaczy grawitacyjnych

Działanie odpylaczy grawitacyjnych jest bardzo proste, gaz wraz z drobinami pyłów, wpada do odpylacza przez otwór wlotowy. Aby ziarna pyłów mogły spokojnie osadzić się na dnie komory, prędkość przepływu gazu przez komorę musi być odpowiednio niska (poniżej 1m/s). Po osadzeniu się na dnie komory osadczej pyłów, odpylony gaz ucieka z komory otworem wylotowym. Tak wygląda schemat działania jeśli chodzi o komorę osadczo pyłową (rys.1), natomiast jej udoskonalona i bardziej skuteczna wersja, czyli komora osadczo pyłowa z półkami (rys.2) działa w bardzo podobny sposób, z tą różnicą, że przepływ zapylonego gazu jest zakłócany oraz stopniowany poprzez obecność półek. Komory osadczo pyłowe z półkami są skuteczniejsze od zwykłych komór osadczo pyłowych nawet o 50-70%. Dzieje się tak dlatego, że podczas przepływu strumienia aerozolu przez komorę osadczą, ziarna pyłu spadają z mniejszej wysokości, co przy takiej samej prędkości strumienia, poprawia skuteczność odpylacza.

2.3 Wady i zalety

Zaletami komór osadczo pyłowych są:

• Niskie koszty wykonania

• Małe opory przepływu

• Małe zapotrzebowanie mocy

• Możliwość zastosowania do odpylania gazów gorących bez ich uprzedniego ochładzania

Wyraźna wadą tych komór są natomiast spore trudności przy oczyszczaniu komory osadczej z wydzielonego pyłu, oraz fakt, że skuteczność odpylania jest dosyć niska w odniesieniu do przeciętnego składu pyłów.

Natomiast zaletami komór osadczo pyłowych z są:

• Większa skuteczność odpylania w porównaniu do komór osadczych

• Zmniejszenie mas cząsteczek aerozolowych co odciąża i zabezpiecza końcowy proces odpylania przed zablokowaniem odpylonym pyłem

Poważnymi wadami są natomiast:

• Kłopoty ruchowe

• Utrudnienie usuwania wydzielonego pyłu

3.Odpylacze inercyjne

W odpylaczach wykorzystuje się efekt bezwładności ziaren pyłu przy gwałtownej zmianie kierunku. W takich odpylaczach z dobrym efektem można usuwać cząstki o rozmiarach większych niż 20µm. Odpylacze inercyjne stosuje się głównie w procesach wstępnego odpylania gazów z pieców obrotowych, suszarni i konwertorów.

3.1 Budowa

a) b)

c) d)

Rysunek 4 Odpylacze uderzeniowo-inercyjne: a) do wbudowania w linię przewodu gazowego, b) z przegrodą uderzeniową, c)rurą centralną, d)z bocznym wlotem kątowym

3.2 Schemat działania

Prędkość strumienia aerozolu w odpylaczach inercyjnych musi być dostosowana do budowy aparatu, tak aby nie następowało porywanie wydzielonych już cząsteczek. Prędkość strumienia wlotowego osiąga 10m/s, zmniejszając się wewnątrz urządzenia do ok. 1m/s. Sprawność odpylacza wynosi ok. 80% dla cząstęk powyżej 30µm, przy spadku ciśnienia gazu do 150-400Pa.

3.3 Wady i zalety:

Zaletami urządzeń tego typu są:

• Duża skuteczność odpylania pyłów gruboziarnistych

• Pewność pracy

• Łatwość zabudowy

• Niskie straty ciśnieniowe

Największą wadą jest natomiast mała skuteczność odpylania drobnych frakcji pyłów

4. Odpylacze odśrodkowe

4.1 Budowa

Rysunek 5 Odpylacz odśrodkowy, budowa a) Przekrój pionowy b) Przekrój poprzeczny

1. Wlot gazów zapylonych

2. Wylot gazów oczyszczonych

4.2 Schemat działania

W odpylaczach odśrodkowych- cyklonach wykorzystuje się efekt działania sił odśrodkowych na cząstki aerozolowe. Strumień gazu (zapylonego) wpływając do cyklonu ulega odchyleniu w kierunku ściany i spływa wzdłuż niej spiralnie. Wykonując od 2 do 7 obrotów osiąga dno stożka. Na przeszkodzie jaką jest warstwa wydzielonego pyłu lub zamknięcie dolne cyklonu, strumień gazu zmienia kierunek i płynie wzdłuż osi cyklonu do rury odlotowej

4.3 Wady i zalety

Wady:

1. Znaczne opory przepływu.

2. Stosunkowo szybkie zużywanie się w wyniku erozji.

3. Niska skuteczność w zakresie ziaren poniżej 10 - 20 mikrometrów

Zalety:

1. Prosta budowa.

2. Niewielkie gabaryty.

3. Niskie koszty inwestycyjne.

5. Odpylacze wirowe przeciwbieżne

Odpylacze przeciwbieżne należą do nowej generacji odpylaczy mechanicznych wykorzystujących efekt siły odśrodkowej. W odpylaczu przeciwbieżnym, w odróżnieniu od klasycznych odpylaczy odśrodkowych, dzięki obecności drugiego wirującego strumienia gazu, wysokie wartości siły odśrodkowej utrzymują się w całym przekroju poprzecznym komory odpylacza. Zwiększenie ilości gazu pomocniczego powoduje wzrost skuteczności odpylania a efekt ten ujawnia się tym silniej im drobniejszy pył jest wprowadzany do odpylacza. Wysoka skuteczność odpylania zapewnia redukcje emisji pyłu do wartości poniżej 100 mg/m³ w przeliczeniu na 6% O₂.

5.1 Budowa

Rysunek 6 Odpylacz wirowy przeciwbieżny

1. Wlot gazu zapylonego

2. Element formujący przepływ gazu zapylonego

3. Komora

4. Lot gazu pomocniczego

5. Element formujący przepływ gazu pomocniczego

6. Wylot gazu oczyszczonego

5.2 Schemat działania

Zasada działania polega na tym, że separacja pyłu ze strumienia gazu spowodowana jest dynamicznym działaniem gazu wirującego w komorze odpylacza. Od dołu króćcem doprowadzany jest gaz zapylony, ulegając na wlocie komory zawirowaniu. Pojawia się siła odśrodkowa powodująca odrzucenie ziaren pyłu w kierunku ścian komory, dzięki czemu króćcem wylotowym wypływa z odpylacza gaz oczyszczony. Równocześnie króćcem wlotowym w górnej części odpylacza doprowadzany jest do komory gaz pomocniczy uformowany w strumień opadający torem spiralnym po pobocznicy komory. W dolnej części komory na tarczy przysłaniającej wlot do zbiornika pyłu strumień ten ulega odchyleniu i nakłada się na przepływ gazu zapylonego, wzmacniając jego rotację a za tym zwiększa efekt działania siły odśrodkowej. W pobliżu tarczy zwrotnej, na skutek zmiany kierunku przepływu gazu pomocniczego, działa mechanizm bezwładnościowego odrzucania ziaren pyłu do zbiornika pyłu. Gaz pomocniczy spełnia więc istotną rolę w procesie separacji pyłu - zwiększa efekt działania siły odśrodkowej oraz chroni ściany komory przed erozyjnym działaniem pyłu.

5.3 Zalety i wady

Zalety:

- możliwość separacji nieco mniejszych (ok. 1,4 raza) ziaren pyłu niż w cyklonach o podobnej wielkości, a co za tym idzie – osiągania wyższych skuteczności przedziałowych zwłaszcza w zakresie 1,5 < dp <10 µm;

- ograniczenie wpływu wadliwego wykonania (np. nierówności ścianek) na skuteczność odpylania;

- możliwość oczyszczania gazów gorących w urządzeniach wykonanych ze zwykłej stali ( z wyjątkiem przewodów i króćców dolotowych gazu zanieczyszczonego);

- możliwość odpylania gazów o wysokiej wilgotności względnej;

- możliwość zastosowania różnorodnych materiałów do wykonania ( dostosowanych do własności oczyszczanego gazu);

- ograniczenie, w porównaniu z cyklonami erozji.

Wady:

- wysokie straty ciśnienia sięgające 4 i więcej kPa oraz związane z tym znaczne zużycie energii, przekraczające niekiedy 1,5 kWh/ 100 m³;

- skomplikowana instalację;

- konieczność stosowania wysokoprężnych wentylatorów i związany z tym hałas;

- znaczne, większe niż. dla cyklonów, koszty oczyszczania.

6. Przykłady zastosowań odpylaczy suchych w przemyśle

Komory osadczo pyłowe stosuje się głównie jako wstępny etap odpylania. Stosuje się je w wielostopniowych układach odpylania np. w cementowniach, w przemyśle metalurgicznym czy też w zakładach przeróbki surowców mineralnych. Natomiast odpylacze inercyjne, odśrodkowe czy wirowe przeciwbieżne, mają szerokie zastosowanie w technologiach w których występują pyły erozyjne czyli min. przy odpylaniu spalin z kotłów czy też w przemyśle koksowniczym, węglowym oraz odlewniczym.

7. Podsumowanie

Cechy Odpylacz	Rozmiar cząsteczek [µm]	Prędkość przepływu [m/s]	Straty Ciśnienia [kPa]	Sprawność [%]
grawitacyjny	>100	<1	20 – 300	50 – 70
inercyjny	20	10 – 1	150 – 400	80
odśrodkowy	5 - 10	7,5	800 – 1500	75
wirowy-przeciwbieżny	3 - 5	5	>4000	70

Tabela 1

8. Literatura

Bibliografia:

1. Baj W., 2004: Technologie radiacyjne w ochronie środowiska (usuwanie zanieczyszczeń gazów, pomiar zapylenia, zanieczyszczeń materiałów, itp.)

2. , Praca zaliczeniowa Politechniki Warszawskiej, Warszawa.

2. Mazur M., 1990: Systemy ochrony powietrza, Uczelniane wydawnictwo N-D, Kraków.

1. Konieczyński J., 2004: Ochrona powietrza przed szkodliwymi gazami. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice.

Linkografia:

1. Strona internetowa uniwersytetu warszawskiego

http://www.chem.uw.edu.pl/people/AMyslinski/JS/wyk_002.pdf

1. Strona inetrnetowa uniwersytetu warmińsko-mazurskiego

http://www.uwm.edu.pl/kopits/dokumenty/Materialy%20TOA/TOA3.pdf

Spis obrazów:

Rysunek 1 - Ocena składu frakcyjnego pyłu – str. 3

Rysunek 2 – Komora osadczo pyłowa – str. 5

Rysunek 3 – Komora osadczo pyłowa z półkami – str. 5

Rysunek 4 – Odpylacze uderzeniowo inercyjne – str. 7

Rysunek 5 – Odpylacz odśrodkowy – str. 8

Rysunek 6 – Odpylacz wirowo przeciwbieżny – str. 9

Spis tabel:

Tabela 1 – Tabelka porównawcza – str. 11