Wychwytywanie uciążliwych pyłów technologicznych stanowi główny problem dla całego personelu odpowiedzialnego za utrzymanie ruchu zakładu.
Takie zanieczyszczenia mogą powodować problemy eksploatacyjne, a także stanowią niewątpliwie zagrożenie dla zdrowia i bezpieczeństwa pracowników. Mogą także spowodować zamknięcie zakładu w razie natężenia takiego problemu.
Worki i wkłady filtracyjne
Do rozwiązywania problemów związanych z jakością powietrza wewnątrz i na zewnątrz obiektów stosuje się dwa podstawowe rodzaje filtrów tkaninowych: worki i wkłady filtracyjne.
Odpylacze workowe do usuwania zanieczyszczeń wykorzystują rękawy lub worki tkaninowe o długości od 1200 do 4200 mm. W odpylaczach tych można stosować różnorodne materiały filtracyjne, co umożliwia wychwytywanie prawie wszystkich rodzajów pyłu, nawet pyłu higroskopijnego i włóknistego.
Odpylacze pracują zazwyczaj w temperaturach poniżej 260°C (ale można je zaprojektować do wyższych temperatur) i są zdolne do usuwania ogromnych ilości pyłu, jeżeli nie wymaga się zachowania zbyt wysokiej skuteczności. Odpylacze workowe cieszą się obecnie większą popularnością, chociaż te z wkładami filtracyjnymi są coraz częściej stosowane.
Odpylacze z wkładami filtracyjnymi zamiast worków wykorzystują wkłady o sztywnej konstrukcji harmonijkowej, co umożliwia zapewnienie większej powierzchni filtracyjnej w stosunkowo niewielkiej obudowie. Na przykład 100 worków można zastąpić 36 wkładami, co skutkuje osiągnięciem mniejszych gabarytów, w tym również wysokości. Cena początkowa może być trzy razy wyższa, ale potrzeba trzykrotnie mniej takich urządzeń.
Wkłady zapewniają wysoką skuteczność i małe spadki ciśnienia oraz stanowią praktyczne rozwiązanie, jeżeli potrzebna jest recyrkulacja czystego powietrza za odpylaczem. Stosuje się je w przypadku pyłów suchych oraz podczas występowania dużych ilości cząstek mniejszych niż 1 mikron. W celu ułatwienia konserwacji i czyszczenia przewidziano możliwość wyciągania poziomych i pionowych wkładów z obudowy.
Wkładów nie należy stosować, gdy stężenie cząstek przekracza 3 cząstki na stopę sześcienną. Ponadto nie są one odpowiednie do pracy w wysokich temperaturach, a powyżej 82°C zalecane jest stosowanie specjalnych materiałów filtracyjnych.
Worki i wkłady osiągają sprawności wychwytywania na poziomie co najmniej 99%.
Dobór urządzeń
Przed wyborem urządzeń odpylających należy wykonać analizę właściwości strumienia powietrza, pyłu przewidzianego do wychwycenia i wymagań dotyczących poszczególnych zastosowań.
Właściwości strumienia powietrza. Natężenie przepływu powietrza, jego temperatura i wilgotność stanowią trzy podstawowe czynniki, które należy wziąć pod uwagę. Natężenie przepływu powietrza wykorzystuje się do obliczania całkowitej powierzchni filtracyjnej na podstawie stosunku powietrze-tkanina filtra (A/C ratio, air-to-cloth ratio), który z kolei określa rodzaj materiałów filtracyjnych możliwych do zastosowania. Temperatura ma również wpływ na dobór materiałów filtracyjnych, maksymalną prędkość przepływu powietrza przez filtr, a także na materiały konstrukcyjne. Wilgotność może powodować kondensację i zbrylanie się cząstek, co przesądza o zastosowaniu określonych materiałów filtracyjnych.
Ponadto należy zwrócić uwagę na obecność gazów korozyjnych, oparów wybuchowych i kondensujących się (innych niż woda) oraz na toksyczność.
Właściwości cząstek. Stężenie cząstek na wlocie, ich skład granulometryczny i kształt to najważniejsze parametry, które należy oszacować. Dwa rodzaje pyłów o podobnym kształcie i rozmiarze cząstek, ale o innej gęstości, mogą wymagać zastosowania całkowicie odmiennych odpylaczy i różnych stosunków powietrze–tkanina.
Im mniejszy rozmiar cząstki (wyrażony w mikronach), tym skuteczność odpylacza musi być większa. Rozmiary cząstek tego samego rodzaju mogą się różnić w zakresie od 1 do 700 mikronów.
Pył, którego wszystkie cząstki są tego samego rozmiaru, jest najtrudniejszy do filtrowania, ponieważ tworzy zbitą masę, przez którą powietrze przechodzi z trudem. Cząstki, które są zbyt drobne w stosunku do dobranego filtra, mogą przechodzić przez filtr i opuszczać odpylacz, co powoduje zanieczyszczenie powietrza.
Kształt cząstek ma również wpływ na dobór materiałów filtracyjnych. Cząstki kuliste są łatwe do wychwycenia, ale cząstki pyłów włóknistych przywierają do siebie, co może wymagać zastosowania powlekanego materiału filtracyjnego, aby przeciwdziałać przywieraniu. Podobne problemy występują w przypadku pyłów higroskopijnych i pyłów naładowanych elektrycznie. Materiały filtracyjne należy dobrać do wymienionych czynników.
Ponadto trzeba uwzględnić, że pyły mogą mieć również właściwości ścierne oraz mogą być wybuchowe, korozyjne, rakotwórcze, niebezpieczne lub agresywne chemicznie.
Czynniki związane z zastosowaniem. Na decyzję o doborze odpowiedniego odpylacza ma również wpływ jego zastosowanie.
Konieczne jest wykonanie analizy dostępnych mediów, w tym sprężonego powietrza, energii elektrycznej i wody. Należy również określić sposób utylizacji pyłu oraz sprawdzić, czy obowiązują wymagania dotyczące hałasu.
Urządzenia mogą być montowane wewnątrz lub na zewnątrz obiektów, dlatego czynnikiem, który należy rozważyć, są gabaryty obudowy urządzenia. W przypadku zabudowy na zewnątrz obiektów może się okazać konieczne wyposażenie urządzenia w izolację lub nagrzewnice w celu uniknięcia wystąpienia procesu kondensacji. Wlot/wylot może znajdować się powyżej lub poniżej komory filtra. Innymi ważnymi czynnikami są: rodzaj wentylatorów, wysokość urządzeń i zabezpieczenia.
Warianty urządzeń
Urządzenia odpylające klasyfikuje się według ich mechanizmów oczyszczania powietrza. Dostępne są trzy rodzaje urządzeń: odpylacze z czyszczeniem wstrząsowym, przedmuchem wstecznym i strumieniem impulsowym. Wszystkie trzy urządzenia oczyszczają skutecznie powietrze, jeżeli tylko są właściwie dobrane, zamontowane i konserwowane. W teorii wszystkie te trzy rodzaje urządzeń mogą być wykorzystywane w większości zastosowań. Jednak biorąc pod uwagę ich warunki i możliwości, jeden z tych odpylaczy jest zazwyczaj najbardziej odpowiedni do danego zastosowania.
Odpylacze z czyszczeniem wstrząsowym
Metoda ta jest najstarszą stosowaną techniką oczyszczania, ale obecnie stanowi niewielką część nowego rynku zakupów. Wlot gazów zanieczyszczonych znajduje się na wysokości dolnej części worków lub poniżej. Zazwyczaj stosowany jest wlot w pobliżu leja ze względu na prostsze rozwiązanie konstrukcyjne. Natomiast rozmiar leja pomaga w równomiernym rozprowadzeniu gazów o dużej prędkości przepływu na wlocie. Skutkuje to ograniczeniem prędkości na wejściu, co zmniejsza prawdopodobieństwo uszkodzenia worków. Prędkość powietrza na wlocie należy ograniczyć dzięki zastosowaniu przegród montowanych pod kątem i bocznego odprowadzenia powietrza przed filtrami.
Worki filtracyjne zwisają pionowo w rzędach i są w górnej części wyposażone w zamknięcie z wszytą taśmą lub są zamykane pokrywą. Worki są przymocowane do mechanizmu wstrząsowego na całej długości odpylacza. Spód worka jest otwarty i przymocowany do płyty z otworami, w których montowane są worki filtracyjne. Pył gromadzi się wewnątrz worków.
W celu przeprowadzenia czyszczenia przy wyłączonym urządzeniu (tryb „off-line”), należy zamknąć klapę na wlocie gazów zanieczyszczonych. Większość odpylaczy z czyszczeniem wstrząsowym podzielona jest na kilka komór, dlatego podczas czyszczenia nie ma konieczności całkowitego wyłączania zespołu (zanieczyszczony gaz jest wówczas rozdzielany do jednej lub kilku pracujących komór). Jeżeli dana komora nie jest całkowicie wydzielona, worki nie są do końca oczyszczane, a pył jest wtórnie unoszony.
Mechanizm wstrząsowy zazwyczaj znajduje się na zewnątrz odpylacza, co umożliwia prowadzenie napraw i konserwacji bez zakłócania przepływu powietrza. Natomiast w niektórych przypadkach dopuszcza się zabudowę wewnątrz urządzenia. Mechanizm wstrząsowy z napędem elektrycznym składa się z pręta przymocowanego do ramion dźwigni, które z kolei są przytwierdzone do rury lub belki wsporczej worka. Wstrząsanie rurą wywołuje falę sinusoidalną, która ma swój początek w górnej części worka i rozchodzi się w dół na całej jego długości. Część pyłowego placka filtracyjnego utworzonego po wewnętrznej stronie worka zmienia swój kształt podczas zaginania się tkaniny i opada do leja.
Jeżeli filtry są niedostatecznie naprężone, to mechanizm wstrząsowy nie jest w stanie wytworzyć takiego ruchu, który umożliwiłby wstrząsanie całym filtrem. Skutkuje to pozostawieniem zbyt dużej ilości pyłu w filtrach. Jeżeli filtry są zbyt naprężone, ruch mechanizmu wstrząsowego jest ograniczony, co uniemożliwia prawidłowe usuwanie pyłu.
Optymalna prędkość i częstotliwość wstrząsania zależy od średnicy i długości worka. Spadek ciśnienia w odpylaczu workowym ma wpływ na częstotliwość wstrząsania. Układy automatycznego sterowania sterują pracą urządzeń na podstawie odczytów z manometrów różnicowych.
Odpylacze z czyszczeniem przedmuchem wstecznym
Odpylacze tego typu składają się z kilku komór w pojedynczej obudowie. Zapylone powietrze jest zazwyczaj wprowadzane w pobliżu lejów i przepływa przez przegrodę, która chroni filtry przed zużyciem ściernym i rozprowadza cząstki w odpylaczu w bardziej równomierny sposób.
Odpylacze z czyszczeniem przedmuchem wstecznym są często wybierane do usuwania bardzo drobnych cząstek pyłu i wykorzystują worki o długości od 3000 do 12 000 mm i o średnicy od 5 do 12 cali. Metoda ta stanowi najbardziej delikatną technikę czyszczenia, która zapewnia dłuższą żywotność worków. Obręcze wszyte na obwodzie chronią przed zaginaniem się tkaniny podczas cyklu czyszczenia. Liczba wymaganych obręczy zależy od długości filtra. Konstrukcja wsporcza utrzymuje górną część filtra, natomiast dolna część przymocowana jest do płyty z otworami na filtry.
Zanieczyszczone powietrze wprowadzane jest do wnętrza worków filtracyjnych, a oczyszczone powietrze wyprowadzane z drugiej strony. Czyszczenie odbywa się z powietrzem pod wysokim ciśnieniem po wydzieleniu jednej komory (podczas gdy wszystkie inne nadal pracują) w wyniku zamknięcia klapy zabudowanej na wlocie lub na wylocie. Wybór klapy zależy od rodzaju zastosowanego układu: nadciśnieniowy (wentylator zabudowany przed odpylaczem, przewidziany do przenoszenia zapylonego gazu i popychania powietrza) lub podciśnieniowy, który jest bardziej powszechny (wentylator zabudowany po czystej stronie, przewidziany do wciągania powietrza do odpylacza). Klapa w zespołach podciśnieniowych jest zazwyczaj zamykana na wylocie, a w zespołach nadciśnieniowych – na wlocie.
W układzie podciśnieniowym przedmuch wsteczny powietrza wymuszany jest na filtrze w wyniku zwiększania ciśnienia w komorze po czystej stronie. Klapa przedmuchu wstecznego powietrza znajduje się po czystej stronie odpylacza.
W układzie nadciśnieniowym klapa wlotowa pozostaje zamknięta, a przedmuch wsteczny powietrza zasysany jest na filtrze w wyniku tworzenia podciśnienia w leju. Skutkuje to wciąganiem czyszczonych gazów na filtrze.
Odpylacz z czyszczeniem strumieniem impulsowym
Odpylacz w tej wersji wykorzystuje metodę oczyszczania, która jest uważana za najbardziej agresywną i cechuje się największą skutecznością. Jest to jedyny odpylacz z trzech wyżej opisanych rozwiązań, który umożliwia czyszczenie podczas pracy, gdy pył jest ciągle wprowadzany do komory odpylacza.
Zanieczyszczone powietrze jest zazwyczaj wprowadzane do obudowy przez lej i kierowane przy pomocy przegrody (duże cząstki od razu wpadają do leja). Zanieczyszczone powietrze wprowadzane jest do odpylacza, podczas gdy oczyszczone powietrze wyprowadzane jest przez filtry. W niektórych rozwiązaniach konstrukcyjnych zanieczyszczone powietrze jest wprowadzane przez górną część komory z workami.
Worki są wykonane z wielu filtrów cylindrycznych z konstrukcją wsporczą w formie kosza, która zwisa pionowo w odpylaczu. Filtry tkaninowe wykorzystuje się jako konstrukcję nośną pyłowego placka filtracyjnego, który tworzy się w procesie filtracji po stronie zewnętrznej worków. Pyłowy placek filtracyjny działa jako filtr wstępny i umożliwia gromadzenie się cząstek (niektóre powlekane materiały filtracyjne nie wymagają tworzenia się placka w celu osiągnięcia wysokich sprawności).
Materiały filtracyjne wymagają okresowego usuwania pyłu, by utrzymać sprawność roboczą. Częstotliwość czyszczenia należy dostosować w taki sposób, aby możliwe było utrzymanie właściwego ciśnienia różnicowego na filtrach.
Po osiągnięciu danej wartości ciśnienia różnicowego wysokociśnieniowy strumień czystego, suchego, sprężonego powietrza kierowany jest do wnętrza filtra przez dyszę Venturiego lub strumienicę.
Czas załączenia układu ze strumieniem impulsowym powietrza wynosi zazwyczaj od 0,1 do 0,15 s, natomiast częstotliwość impulsów waha się od 1 do 30 s. Jeżeli czas trwania impulsu jest zbyt długi, czyszczenie jest mało wydajne. Jeśli impulsy są zbyt częste, powoduje to skrócenie żywotności worków. Czyszczone rzędy worków należy rozstawić w celu ograniczenia wtórnego unoszenia pyłu.
Podmuch powietrza tworzy falę uderzeniową, która powoduje chwilowe rozciągnięcie filtra. Podczas przemieszczania się fali uderzeniowej od góry w dół filtra pyłowy placek filtracyjny kruszy się i jego części wpadają do leja. Pozostałości są ponownie rozprowadzane na filtrze. W istocie pył odbija się od filtra podczas przemieszczania z góry w dół filtra przed dosięgnięciem leja.
Odpylacz z czyszczeniem wstecznym impulsowym cechuje się niższymi kosztami początkowymi (działanie z wyższym współczynnikiem powietrze-tkanina) niż odpylacz z czyszczeniem wstrząsowym, ponieważ nie wymaga on zastosowania urządzenia o większych gabarytach ze względu na tryb czyszczenia „off-line”. Koszty zużycia energii są niższe, wymiana filtrów jest łatwiejsza, a konserwacja uproszczona.
Autor: Ron Holzhauer jest redaktorem zarządzającym w magazynie Plant Engineering
