Filtracja pyłów - zastosowanie filców igłowych

Filtracja pyłów - zastosowanie filców igłowych

Powody oddzielenia cząstek stałych ze strumienia powietrza lub gazu

  • Uciążliwy pył

Pył powstający w procesie obróbki lub stosowaniu surowca lub produktu
Obchodzenie się z produktem lub jego pakowanie
Systemy próżniowe
Przetwórstwo drewna

  • Filtry procesowe

W wielu branżach produktem końcowym jest proszek, na przykład proszek do prania, spożywczy, chemiczny lub farmaceutyczny. Liczne maszyny przeznaczone do produkcji proszków wykorzystują powietrze do przenoszenia produktu do następnego etapu procesu. W wielu przypadkach procesy te obejmują zmniejszanie wielkości cząstek.

  • Oddzielanie cząstek po procesie spalania

Przez cały czas trwania procesu spalania lub na jego określonym etapie doprowadzane jest powietrze w celu dostarczenia tlenu do reakcji. W rezultacie gaz odlotowy również zawiera cząstki spalonego surowca – w przypadku węgla jest to popiół lotny. Filtr jest także środkiem wspomagającym usuwanie kwaśnych gazów i metali przez sorbent.

Przykłady zastosowania - Przetwórstwo metali

  • Produkcja żelaza i stali

Wytapianie i rafinowanie
Wielki piec
Konwertor tlenowy – pierwotny i wtórny
Piec elektryczny łukowy
Wypycharka koksu

Filtry workowe stosowane w powyższych technikach przetwórczych to przede wszystkim filtry odpylające z oryginalnie montowanymi poliestrowymi workami filtracyjnymi. Filtry są przeznaczone do podłączenia do pieca za pomocą dużych i długich przewodów umożliwiających schłodzenie bardzo gorących gazów przed wejściem do wlotu filtra; do chłodzenia gazu mogą być wykorzystywane chwytacze iskier i układy upustu powietrza otoczenia rozmieszczone w określonych punktach. Sam pył jest zwykle bardzo rozdrobniony lub ma postać dymu, który może zbijać się w większe cząstki; niemniej jednak w związku z właściwościami pyłu stosuje się zazwyczaj stosunek materiału do powietrza w zakresie od 0,3 do 1 metra/minutę lub 1 do 1. Ze względu na duże ilości gazu jakich potrzebuje piec, filtry workowe mogą zawierać tysiące worków filtracyjnych zapewniających dużą powierzchnię medium filtracyjnego potrzebną do uzyskania wymaganego stosunku powietrze/tkanina. Odpylacze to zazwyczaj filtry wykorzystujące impuls sprężonego powietrza do oczyszczania worków filtracyjnych w określonych odstępach czasu. Systemy bazują na wykorzystywaniu zwrotnego podmuchu sprężonego powietrza w celu usunięcia pyłu zgromadzonego w workach filtracyjnych i utrzymania stałego spadku ciśnienia roboczego. Istnieją systemy oczyszczania wykorzystujące wstrząsacz, lecz są to zazwyczaj duże systemy.

Przykładem filtra z systemem oczyszczania impulsem sprężonego powietrza jest system produkowany przez firmę Flakt, który pracuje w temperaturze około 100°C lub niższej, co pozwala na stosowanie poliestrowych worków filtracyjnych. Na ogół filtry mają zamontowany poliestrowy filc igłowany o gramaturze 500 g/m2 filc często jest poddawany specjalnej „mechanicznej” lub „chemicznej” obróbce powierzchni umożliwiającej dobre odpylanie ze skutecznym uwalnianiem placka pyłu zebranego w worku w trakcie cyklu oczyszczania filtra. Filtry montowane w wypycharce koksu wykorzystują filc antystatyczny w związku w właściwościami wybuchowymi powstających pyłów węglowych. Filc mocno kalandrowany ma mechaniczne wykończenie powierzchni odpylającej, które może być stosowane w połączeniu z wykończeniem chemicznym nadającym mu wytrzymałą gładką powierzchnię zaprojektowaną w celu uzyskania trwałości i skuteczności odpylania i uwalniania placka filtracyjnego.

  • Wytapianie wtórne w przemyśle hutniczym – surowiec złomowy

Filtr z wstrząsaczem obsługujący piec o wydajności jednego miliona ton rocznie. Powietrze schładzane do ~ 80°C na filtrze; stosunek powietrze/materiał wynosi 0,6 m/min. Powierzchnia odpylająca z poliestrowego opalanego filcu igłowego o gramaturze 350 g/m2, P0350P1S. Produkowane jako ok. 7-metrowej długości worki, o przewidywanej wytrzymałości wynoszącej 4 lata. Po tym czasie są wymieniane w ramach rutynowej konserwacji.

  • Filtry w piecach stalowniczych

Typowa wytrzymałość worka w przypadku worków filtracyjnych to dwa lata, w zależności od pracy pieca itp. Obecnie produkty obejmują P0500P1G – filc o gramaturze 500 g/m2 lub P0550P1G – filc o gramaturze 540 g/m2 z mocno kalandrowaną powierzchnią odpylania, często stosowaną w połączeniu z wykończeniem chemicznym UCF. Stwierdzono, że powlekanie wstępne wapnem nowego worka w znaczący sposób poprawia jego wytrzymałość. W przypadku wytapiania wtórnego stosuje się również powlekanie wstępne w celu ochrony worków filtracyjnych, na przykład, przed spaleniem oleju złomu metalowego. Jeden z największych producentów międzynarodowych zmodernizował jeden ze swoich filtrów odpylających na piecu poprzez zastosowanie mocno kalandrowanego, wykonanego z bardzo cienkich włókien filcu poliestrowego P0502P1G, w celu poprawy zakładanych docelowych wartości emisji i spełniania norm w przyszłości. Obecnie odstęp czasu między rutynową wymianą na piecu wynosi cztery lata.

  • Produkcja elementów samochodowych

Wartości emisji uzyskiwane dzięki zastosowaniu mocno kalandrowanego filcu poliestrowego o gramaturze 640 g/m2 spełniają wszystkie surowe normy emisji czystych gazów z odlewni obowiązujące w Skandynawii; w rzeczywistości wartości emisji nie przekraczają 2 mg/m3 Wartości te są uzyskiwane przy stosunku powietrze/materiał wynoszącym do 1,6:1, lecz oczywiście występują różnice w zależności od konfiguracji lub kombinacji systemów filtracyjnych.

Przykłady zastosowania - Przemysł cementowy

  • Obróbka surowców

Zmniejszanie rozmiarów kamienia, np. poprzez kruszenie, rozdrabnianie w młynach kulowych, rozdrabnianie do mniejszych rozmiarów, przesiewanie. Zazwyczaj przeprowadzana w niskich temperaturach z zastosowaniem poliestru z powodu ceny i największej odporności na ścieranie.

  • Przygotowanie paliwa

Suszenie węgla i zmniejszanie wielkości brył, np. pył węglowy ma mniejsze cząstki podnoszące wydajność spalania. (Czasem suszenie węgla jest przeprowadzane z powodu jego przechowywania na zewnątrz). Oznacza to ryzyko związane z wysoką temperaturą + wodą + eksplozją, w związku z czym często stosuje się homopolimer akrylowy z włóknami ze stali nierdzewnej, na przykład o gramaturze 550 g/m2. Jest to obszar fabryki, w którym obowiązują szczególne wymogi bezpieczeństwa.

  • Surowiec

W celu rozgrzania i zmieszania surowców wykorzystywany jest proces spalania. Stosuje się zwykle bardzo duże filtry technologiczne, a materiał filtracyjny jest dobierany w zależności od warunków eksploatacyjnych panujących w fabryce. Kiedy budowana jest fabryka cementu, ma ona infrastrukturę do chłodzenia; temperatura gazu na wylocie z procesu zależy od projektu infrastruktury. Potrzebna jest analiza gazu roboczego, ponieważ do podgrzania pieca stosuje się różne rodzaje paliwa; na przykład niektóre firmy wykorzystują jako paliwo część surowca pochodzącego z recyklingu, takiego jak ropa naftowa i zmielone opony.

  • Kalcynator do klinkieru

Filtr odpylający stosowany na chłodzeniu klinkieru to inny duży filtr, którego typ jest także uzależniony od temperatury gazu. Jest to proces, w którym stosuje się aramid lub ewentualnie P84. Jeżeli gaz jest wystarczająco schładzany, stosuje się włókno o niskiej odporności na temperaturę, na przykład poliester.

  • Mielenie cementu

To główny obszar, gdzie stosowane są duże filtry workowe. Zastosowany filc znowu zależy od panujących warunków; występuje tu największa różnorodność stosowanych materiałów spośród wszystkich rejonów fabryki cementu. Filtracja jest różna i jest uzależniona od rodzaju cementu i dodatków, a także ilości wody dodawanej do chłodzenia młyna. Stosowano filc poliestrowy opalany, mocno kalandrowany, kalandrowany, (niższa przepuszczalność powietrza) BIA włókna małe; akrylowy (homopolimer i kopolimer); mieszanka poliester/akryl, przykładowo 50/50 (to jego przeznaczone zastosowanie), także powyższe z zastosowaniem obróbki chemicznej LR5; stosuje się Microweb, lecz nie standardowo. Filc ma zazwyczaj gramaturę 500, 550 lub 600 g/m2 (akrylowy).

  • Transport produktu

Przenośniki i pakowanie, głównie poliester.

Dlaczego filtry tracą swoją skuteczność?

  • Zazwyczaj przewidywana trwałość worka filtracyjnego to około dwa lata, lecz istnieje tu ogromna rozbieżność od kilku tygodni, a nawet godzin, do ponad ośmiu lat. Najczęstszą przyczyną jest ogólne zużycie, kiedy filc jest zapychany przez pył gromadzący się w strukturze filcu, ograniczając przepływ powietrza, w rezultacie czego pył zatrzymywany na worku nie jest usuwany w trakcie czyszczenia. Oznacza to, że filc ma niedostateczną przepuszczalność, aby dostarczyć wystarczającą ilość powietrza do procesu, w którym wykorzystywany jest filtr.
  • Ogólne zużycie obejmuje uszkodzenia spowodowane czyszczeniem worków filcowych. Siły oddziałujące na worki i ich kontakt z koszem worka mogą powodować powstawanie słabych punktów, w których materiał może ulegać przetarciu, prowadząc do powstania luźnych włókien lub do rozerwania. Stopień uszkodzenia zależy także od innych czynników, takich jak, na przykład, czynniki chemiczne lub termiczne.
  • Często przyczyną uszkodzenia worka filtracyjnego może być kilka wzajemnie powiązanych czynników prowadzących do uszkodzenia widzianego przez użytkownika końcowego. W przedstawionym powyżej scenariuszu, w którym w strukturze gromadzi się większa ilość pyłu, jeżeli filtr ma mechanizm oczyszczania wykorzystujący różnicę ciśnienia między stroną pochłaniającą pył, a stroną czystą, to w miarę jak filtr ulega zablokowaniu zwiększa się częstotliwość cyklu oczyszczania filtra, co z kolei powoduje coraz większe naprężenia materiału filtracyjnego. Czynność oczyszczania wprowadza większą ilość pyłu do struktury, a oczyszczanie staje się coraz częstsze, a tym samym cykl oczyszczania przyspiesza zużycie aż do punktu końcowego.
  • Uszkodzenie pod wpływem temperatury lub termiczne to inny powód uszkodzeń, podobnie jak uszkodzenia chemiczne. Najczęściej obie te przyczyny są wzajemnie ze sobą powiązane, jak na przykład hydroliza kwasowa, zasadowa lub wodna.
  • Innym ważnym powodem wymiany worka są wysokie emisje z filtra. „Wysoka emisja“ jest specyficzna dla zastosowania; na przykład może to być poziom 1, 5 lub 10 mg w przypadku materiałów toksycznych lub 25 do 50 mg w przemyśle kamieniarskim.
  • Powstają sytuacje, w których proces może stwarzać trudne warunki do przeprowadzenia skutecznej filtracji: olej, woda, iskry, elektryczność statyczna, wysoka zawartość pyłu, nadzwyczajne rozdrobnienie pyłu.
  • Zmiana skuteczności lub wytrzymałości worka filtracyjnego jest w większym stopniu jest spowodowana zmianami procesu przed filtrem lub zmianami produktu niż zmianami w materiale filtracyjnym. Przykładowo, mogą istnieć różne klasy produktu o różnej wielkości lub kształcie cząstek pyłu. Zmiany w urządzeniach technologicznych, układzie instalacji, lokalizacji filtra i filtrowanym powietrzu lub gazie procesowym. Istnieją też inne przyczyny właściwe dla procesu lub filtrowanego pyłu. Pewną rolę mogą odgrywać nawet warunki klimatyczne, na przykład tam, gdzie gaz procesowy jest chłodzony powietrzem otoczenia, a powietrze ma zmienną wilgotność.

Ważne definicje

  • Spadek ciśnienia to różnica w wartości ciśnienia powietrza między zewnętrzną a wewnętrzną stroną worka filtracyjnego, zazwyczaj mierzona w Paskalach. (przeważnie między 1000 a 1500 Pa)
  • Stosunek powietrze/materiał to miara prędkości, z jaką powietrze przechodzi przez materiał filtracyjny; zazwyczaj wynosi ona od 1,0 do 1,5 m/min.
  • Woda. Zawartość wody w strumieniu gazu to istotna kwestia, która może wpływać na działanie filtra i powodować przedwczesne uszkodzenia worków filtracyjnych.
  • Hydroliza. Duża liczba włókien stosowanych w filcach jest wytwarzana poprzez łączenie się cząstek. Produktem ubocznym procesu ich połączenia jest woda. W ciepłym otoczeniu zasadowym lub kwaśnym woda może rozrywać wiązania chemiczne przekształcając filc na powrót w wyjściowe związki chemiczne – na tym polega hydroliza.
  • Punkt rosy. Schładzany gaz może zawierać niewielkie ilości pary wodnej. W wyniku schładzania dochodzi do kondensacji (podobnej do zjawiska mgły). Punkt rosy to temperatura, przy której następuje kondensacja. Obecność kwasów zwykle podwyższa punkt rosy, dlatego duże znaczenie ma obecność związków SOX itp.