6 geriausi įrenginiai, kuriais pašalinami dujiniai teršalai
Šiame straipsnyje apžvelgiami šeši geriausi įrenginiai, skirti pašalinti dujomis išmetamus teršalus. Prietaisai yra: 1. Gravitacijos įrenginys 2. Inercinis atskyriklis 3. Išcentrinis atskyriklis 4. Filtrai 5. Elektrostatinis nusodintuvas ir 6. Šveitikliai.
Įrenginys # 1. Gravity Settler:
Kai dulkių turintis dujų srautas teka per kamerą, dulkių dalelės vertikalia kryptimi patiria šias jėgas:
i) gravitacinė jėga, veikianti žemyn, \ t
ii) plūdrioji jėga, veikianti aukštyn, ir. \ t
(iii) tempimo jėga priešinga dalelių judėjimo krypčiai.
Dėl to dalelės pasiekia neto mažėjimo greitį, kuris esant pastoviai būsenai yra vadinamas galiniu greičiu, U r . Dalelės taip pat patiria greitį horizontalia kryptimi, kuri būtų tokia pati, kaip ir nešančiosios dujos (darant prielaidą, kad dujų ir dalelių sąsajoje nėra slydimo).
Dulkių dalelės, kurios yra laikomos kameroje, atskiriamos nuo nešančiojo dujų srauto, o likusi dalis nuleidžiama. Tokia kamera vadinama gravitacijos nusodintuvu.
Dulkių pašalinimo laipsnis nuo dujų srauto gravitacijos nusodintuve priklauso nuo šių veiksnių:
i) dujų greitis kameroje; \ t
ii) dalelių dydžio pasiskirstymas;
(iii) dalelių galiniai greičiai, kurie savo ruožtu priklauso nuo dalelių dydžio, dalelių tankio, dujų (nešiklio) greičio ir dujų tankio.
iv) kameros ilgis;
v) Kameros aukštis.
Gravitacijos gyventojai yra dviejų tipų:
(i) Viena kamera (be dėklo viduje) ir. \ t
(2) Daugiakanalė kamera (taip pat žinoma kaip „Howard“ nusodintuvas).
4.2 pav. Parodyta gravitacijos nusodintuvų eskizai.
Viena kamera yra pigiausia. Išlaikytos dulkių dalelės surenkamos į bunkerį / talpyklas prie pagrindo, iš kurio dalelės iš karto pašalinamos. Kelių padėklų kamera būtų brangesnė ir turėtų kelis šiek tiek pasvirusius padėklus, turinčius vienodą tarpą tarp padėklų. Padėklai yra aprūpinti tinkamu mechaniniu įtaisu, kad sukaupti dulkių sluoksniai ant padėklų gali būti pašalinti be jokio srauto proceso nutraukimo.
Derintojai gali būti pagaminti iš bet kokio metalo, galinčio atlaikyti dujų temperatūrą, korozinę aplinką ir dalelių dilimą. Nėra jokių slėgio ir temperatūros apribojimų, susijusių su įeinančia dujos. Gali prireikti izoliuoti nusodintuvą, kad būtų užkirstas kelias įsiurbiamos dujos aušinimui žemiau rasos taško ir dėl to susidariusio garų kondensacijos.
Vieno kameros nusodintuvų dalelėse, didesnėse nei 40 (gali būti veiksmingai pašalintos, o tinkamai suprojektuota daugiakanalė kamera gali pašalinti daleles, kurios yra mažesnės kaip 10 val. Vienas iš pagrindinių gravitacijos nusodintuvo privalumų yra jo mažo slėgio sumažėjimas.
Bendras slėgio kritimas gali būti apskaičiuojamas pridedant slėgio kritimus dėl:
i) įėjimo išplėtimas,
ii) frikcinis praradimas pačioje kameroje ir
(iii) Išėjimo sumažėjimas.
Gravitacijos gyvenvietės projektavimo metodas:
Skaičiuojant gravitacijos nusodintuvą, reikalinga ši informacija:
1. Tūrio dujų srautas,
2. Dulkių dalelių dydžio ir masės pasiskirstymo analizė (dpi ir m dpi ),
3. Vidutinis dalelių tankis, P p,
4. Dujų tankis ir klampumas, Pg, p g ir
5. Norimas šalinimo efektyvumas (ᶯ dpi ) tikslinio dalelių dydžiui.
Anksčiau buvo paminėta, kad dalelės, turinčios skersmens dpi, pasiekia terminalo greitį U t, dpi, veikiant joms veikiančioms jėgoms (jau išvardytoms). U t, išraiška . dpj veikia
Dalelės, kurios paprastai būtų suinteresuotos pašalinti gravitacijos nusodintuve, nebūtų per daug gerai, todėl tokių dalelių U t, dpi gali būti apskaičiuojamos naudojant Eq. (4.7), kuris gaunamas darant prielaidą
Čia reikėtų paminėti, kad projektavimo tikslais daroma prielaida, kad dalelės pasieks atitinkamus galinius greičius iškart patekus į nusodinimo kamerą.
Sunkiojo nusodintojo dydį galima pasiekti atlikus šiuos veiksmus:
I etapas:
Įvertinkite u t, dpi visų dalelių dydžių, naudodami Eqs. (4.2) iki (4.6) arba Eq. (4.7), priklausomai nuo dp.
II etapas:
Per siūlomą nusodintuvą pasirinkite tinkamą linijinį dujų greitį U. Paprastai U yra 0, 3–3 m / s. Paprastai tai trunka nuo 0, 3 iki 0, 6 m / s.
III etapas:
Nuspręskite nusodintuvo ilgį L. Nuspręsta, atsižvelgiant į erdvę, skirtą montuotojui sumontuoti, arba patenkinti leistiną slėgio kritimą per gyvenvietę arba abiem.
IV etapas:
Įvertinkite buvimo laiką kameroje, τ
kur τ = L / U
V žingsnis:
Apskaičiuokite nusodintuvo aukštį H. H lygiui apskaičiuoti naudojamos lygtys / santykiai priklauso nuo to, ar siūlomas nusodintuvas yra vieno kameros nusodintuvas, ar daugelio dėklo nusodintuvas ir ar srautas viduje yra laminarinis ar turbulentinis.
VI etapas:
Kameros plotis W turi būti apskaičiuojamas pagal santykį W = Q / HU, gautą balansuojant tūrinį srautą,
kur Q = nešiklio dujų tūrinis srautas.
(A) Vieno rūmų gyvenvietė, laminato srauto būklė:
Nusodinimo aukštis H apskaičiuojamas pagal pageidaujamą tikslinio dalelių dydžio, dpi, efektyvumo koeficientą, naudojant santykį.
Dalelių, kurių dydis yra ne dpi, pašalinimo efektyvumas apskaičiuojamas pagal santykį.
Naudojant iki šiol gautą informaciją, bendras santykio efektyvumas apskaičiuojamas naudojant santykį.
Pažymėtina, kad η dp gali turėti maksimalią vertę 1, 0.
Jei apskaičiuota η bendroji vertė neatitinka pageidaujamo nusodintuvo veikimo, Eqs. (4.8) - (4.10) turi būti pertvarkytos remiantis naujais (prisiimtais) dpi arba naujais (prisiimtais) η dpj arba naujais dpi ir η dpi, kol bus įvykdytas norimas našumo kriterijus.
(B) Vieno kamerinio gyvenvietės, turbulentinio srauto būklė:
Atsiskaitymo aukštis H apskaičiuojamas pagal tikslinį dalelių dydį dpi ir darant prielaidą, kad atskyrimo efektyvumas η dpi = 1 = 1, naudojant santykį
Kiekvienai iš kitų dalelių, kurių skersmuo dp ǂ dpi, nusistovėjimo aukštis h dp apskaičiuojamas naudojant Eq. (4. 12).
Toliau kiekvieno iš skirtingų dalelių dydžių, turinčių dp <dpi, pašalinimo efektyvumas apskaičiuojamas naudojant Eq. (4.13)
Dalelių, turinčių dp> dpi, atskyrimo efektyvumas yra 1, 0. Visų dalelių pašalinimo efektyvumas pagaliau įvertinamas naudojant Eq. (4.10).
Jei apskaičiuotas bendras rezultatas, pagrįstas Eq. (4.10) neatitinka norimų Eqs rezultatų. (4.10), (4.11), (4, 12) ir (4.13) yra pertvarkomi, pasirinkus kitą tikslinį dalelių dydį, kol pasiekiamas norimas našumas.
(C) Daugialypės terpės išdėstymo projektavimas :
Daugiakanalinio nusodintuvo atveju yra svarbus atstumas tarp dviejų nuoseklių padėklų H r . Paprastai jis yra apie 30 cm. Padėklų skaičius kameroje, N, apskaičiuojamas naudojant santykį,
N = (H / H t ). (4.14)
Eq. Pertvarkymas. (4.14) kameros aukštis gali būti išreikštas kaip
Akivaizdu, kad, apskaičiuojant H, turi būti iš anksto parinkti H t ir N.
Kai H t yra nustatytas, bendras daugelio dėklų montuotojas turi būti įvertintas naudojant atitinkamus ekvivalentus. (4.2) - (4.13), priklausomai nuo to, ar srautas gali būti laminarinis ar turbulentinis. Santykis, kuris turi būti naudojamas vertinant W, būtų
W = Q / NH, U
Jei nustatoma, kad siūlomo įrenginio eksploatacinės savybės yra nepatenkinamos, problema turėtų būti pertvarkyta, darant prielaidą, kad naujasis N.
Minimalaus dydžio dalelė, kuri būtų pašalinta norimu mastu nurodytame nusodintuve, gali būti išreikšta kaip
Kur g = pagreitis dėl sunkio jėgos.
Reikia pažymėti, kad faktinis gyvenvietės efektyvumas bus mažesnis už apskaičiuotą, naudojant Eq. (4.10) dėl šių priežasčių:
i) nusistovėjusių dalelių pakartotinis įsiskverbimas, \ t
(ii) dalelės nesiekia savo galinių greičių netrukus po įėjimo į gyvenvietę ir
iii) ne sferinė dalelių forma.
4.1 pavyzdys:
Siūloma įrengti gravitacijos nusodintuvą, kad būtų visiškai pašalintos dulkių dalelės, kurių skersmuo yra 40 mm.
Kita svarbi informacija yra:
Nešiojamųjų dujų srautas = 21, 600 m 3 / val. esant 50 ° C temperatūrai ir šiek tiek virš 1 atm slėgio,
Dalelių tankis (p p ) = 2, 5 g / cm3.
Veikimo sąlygomis gali būti laikomos nešiklio dujų fizinės savybės.
Rasti:
a) Tinkami vieno kameros įrenginio matmenys, atsižvelgiant į laminarinį srautą kameroje; \ t
b) to paties nusodintuvo pašalinimo efektyvumas, jei srautas kameroje yra turbulentinis, \ t
c) Jei ta pačia sėdynė turi būti įrengta maždaug 30 cm atstumu nuo padėklų, kokių mažiausiai matomų dalelių gali būti pašalintos 100% efektyvumu?
Sprendimas:
a) Vienos kameros gyvenvietės prielaidos:
i) Srauto viduje sulaikymas būtų laminaras,
ii) dalelių Reynolds numeris (Re p ) būtų mažesnis nei 2;
(iii) nešiklio dujų greitis per nusodintuvą, U = 0, 4 m / s.
Nešiklio dujų tankis (p g ) esant 50 ° C ir 1 atm.
Nusodintojo matmenys gali būti apskaičiuoti naudojant šiuos santykius, jei srovė sėkloje yra laminarinė.
Kadangi r nenurodyta, laikomos kelios x reikšmės ir atitinkamos L, H ir W reikšmės apskaičiuojamos taip:
Tinkamo nusodintojo matmenys priklausys nuo vietos, kuri yra jos įrengimui. Leiskite pateikti siūlomus nusodintuvo matmenis
L = 8 m, H = 2, 29 m ir W = 6, 55 m, atitinkantys r = 20 s
Dabar reikia patikrinti, ar srautas viduje gyvenvietėje būtų laminarinis ar turbulentinis, skaičiuojant Reynoldso numerį,
Taigi srautas viduje gyventojas būtų turbulentinis.
b) Kadangi srautas viduje gyvenvietės viduje būtų turbulentinis, jo efektyvumas turėtų būti įvertintas naudojant Eq. (4.13)
c) Jei siūlomam gyvenamajam įrenginiui būtų įrengti maždaug 30 cm atstumu nuo padėklų, padėklų viduje skaičius būtų
Dėl to atsirastų atstumas tarp padėklo, H t = 2, 29 / 8 = 0, 28 m
Dujotiekio linijinis greitis būtų gyvenvietėje
Todėl srautas būtų turbulentinis.
Kadangi srautas viduje daugiadėklo nusodintuvu būtų turbulentinis, minimalios dalelės, kurios būtų visiškai pašalintos, gali būti apskaičiuotos naudojant Eq. (4.16)
Visiškas pašalinimas reiškia n dpi = 1, tačiau n dpi = 1 keitimas aukščiau pateiktoje lygtyje lemtų neapibrėžtą dpi. Taigi η dpi laikoma 0, 999 ir, o dpi skaičiuojama naudojant Eq. (4.16).
Įrenginys # 2. Inercinis atskyriklis:
Dujų sraute gabenamos suspenduotos kietosios dalelės pasiekia beveik tokį pat greitį, kaip ir pačiam dujų srautui. Dėl šios priežasties didesnių ir tankesnių dalelių pagreitis ir judesio inercija yra labiau palyginti su lengvesnėmis ir smulkesnėmis dalelėmis. Kai toks dujų srautas keičia savo srauto kryptį įrenginio viduje, didesnės inercijos dalelių srauto kryptis ir toliau seka seną (ankstesnę) kryptį ir galiausiai atsipalaiduoja po to, kai įsijungia į tam tikrą paviršių.
Lengvesnės ir smulkesnės dalelės patenka į pačią dujų srautą, nes tempimo jėga įveikia inerciją. Tokia įranga vadinama „inercišku separatoriumi“. Inercinio separatoriaus dulkių šalinimo efektyvumą galima pagerinti tik sumažinant dalelių tempimo jėgą. Tai galima pasiekti sumažinant dujų greitį atskyrimo zonoje. Inerciniai separatoriai yra skirtingų tipų. 4.3 pav. Pavaizduoti kai kurių inercinių separatorių tipai.
Įeinančio dujų greitis inertiškame separatoriuje gali būti apie 10 m / s, o separatoriuje paprastai yra apie 1 m / s. Inercinio separatoriaus dydis paprastai yra mažesnis už panašaus pajėgumo ir efektyvumo gravitacijos nusodintuvo dydį, tačiau slėgio kritimas būtų didesnis. Inerciniam separatoriui nėra slėgio ir temperatūros apribojimo.
Įrenginys # 3. Išcentrinis atskyriklis:
Išcentrinis separatorius yra paprastai žinomas kaip ciklono separatorius. Tai inercinis separatoriaus tipas, tačiau jėga, dėl kurios susidaro atskyrimas, yra išcentrinė. Jo viršutinė dalis yra cilindro formos, o apatinė dalis yra apversta trapinė kūgis. Dulkių pakrautos dujos patenka į cilindrą prie viršaus arba per šoninę angą, arba ašine kryptimi per viršutinę dalį su tangentiniu greičiu. Švarios dujos išeina iš viršaus per centrinę apskrito angą. Atskiros kietos dalelės išleidžiamos per centrinį išleidimo angą apačioje.
Šoninio įėjimo ciklono atveju ciklono įleidimo anga įdedama tangentiškai, todėl įėjimo dujos įgauna tangentinį greitį. Ašiniai įvadiniai ciklonai yra su veržliais taip, kad įsiurbiamoms dujoms būtų suteiktas tangentinis greitis.
Dulkių pakrautos dujos, patekusios į cikloną, juda žemyn, kaip mažėjantis išorinis sūkuris dėl savo tangentinio greičio, pasiekia beveik kūgio viršūnę, o tada sukasi savo kryptį, judant aukštyn kaip didėjantis vidinis sūkuris. Galiausiai dujos palieka cikloną per centrinę vietą, esančią viršuje.
Didesnėms ir sunkesnėms dulkių dalelėms, judančioms žemyn kartu su spiraliai judančiu dujų srautu, kyla išcentrinė jėga, dėl kurios jie migruojasi į sieną. Galiausiai jie nuleidžiami į apačią, kuri paprastai yra su rotaciniu vožtuvu. Smulkesnes ir lengvesnes daleles nunešia išeinantis dujų srautas.
Išcentrinė jėga, veikianti m masės dalelę, gali būti išreikšta taip: \ t
Nuo Eq. (4.18) akivaizdu, kad dalelė, kurios skersmuo Pp ir tankis p p, veikia jį veikianti išcentrinė jėga yra tiesiogiai proporcinga u tan ir atvirkščiai proporcinga R. Taigi, jo šalinimo efektyvumas ciklone padidėtų, kai padidės U tan sumažėjimas, padidėjus R.
Ciklonai, kurių skersmuo yra 1 m arba didesnis, gali dirbti su didesniu dujų srautu, bet yra mažiau efektyvūs dalelių smulkesnėms nei 30 val. Tokio ciklono slėgio kritimas gali būti apie 2, 5-15 cm vandens. Ciklonai, kurių skersmuo 30 cm ar mažesnis, vadinami didelio efektyvumo ciklonais.
Jų dujų apdorojimo pajėgumai yra mažesni, tačiau jie yra gana efektyvūs, pašalinant mažesnes daleles iki 10 val. Slėgio kritimas per mažą cikloną paprastai yra apie 10–30 cm vandens. Dėl mažo dujotiekio pajėgumo keli ciklonai dažnai naudojami lygiagrečiai ir yra patalpinti į vieną korpusą. Toks rinkinys vadinamas daugciklonu.
4.4 pav. Pateikiamas standartinio ciklono eskizas. Tokio ciklono skirtingų dalių matmenys išreiškiami santykiu su jo skersmeniu. Šie santykiai šiek tiek skiriasi priklausomai nuo ciklono tipo. Ciklonai klasifikuojami kaip didelio efektyvumo, vidutinio efektyvumo ir įprastiniai ciklonai. 4.5 lentelėje išvardyti pirmiau nurodytų tipų ciklonų santykiniai matmenys.
Ciklono separatoriaus privalumai yra jo paprastumas ir mažesnės kainos. Kadangi ciklone nėra judančių dalių, jos priežiūros išlaidos yra mažos. Tam reikia mažiau grindų. Tinkamai suprojektuotas ciklonas gali būti eksploatuojamas iki 500 atm ir 1000 ° C temperatūros.
Ciklono atskyrimo projektavimo metodas:
Norint sukurti cikloną, turėtų būti prieinama dulkių dalelių, esančių dujų sraute, dydžio analizė. Taip pat turi būti žinomas dalelių pjūvio dydis d 50 . d 5Q reiškia dalelių skersmenį, kurio 50% (pagal masę) reikia pašalinti iš dulkių pakrautų dujų srauto.
Kai ši informacija bus žinoma, manoma, kad ciklono skersmuo Dc, d 50, atitinkantis tą Dc, apskaičiuojamas pagal toliau pateiktą procedūrą. Jei apskaičiuotas d 50 neatitinka pageidaujamo d 50, laikoma, kad naujas Dc, ir skaičiavimas kartojamas.
Nustačius Dc, dulkių dalelių, kurių skersmuo ne didesnis kaip d 50, pašalinimo efektyvumas apskaičiuojamas naudojant brėžinį, kaip parodyta 4.5 pav.
Bendras siūlomo ciklono efektyvumas apskaičiuojamas pagal santykį, pateiktą Eq. (4.10)
Projektuojant ciklono separatorių yra du būdai:
(1) Lapple požiūris ir
(2) jėgos pusiausvyros metodas.
1. Lapple požiūris:
Šis metodas grindžiamas šia išraiška d 50
kur N e = efektyvus posūkių skaičius mažėjančiame išoriniame sūkuryje, kuris paprastai svyruoja tarp 1 ir 10 =
U I = įvedamas dujų greitis, kuris svyruoja nuo 6 iki 24 m / s
Paprastai jis laikomas 16 m / s.
Atitinkama slėgio kritimo ciklone išraiška yra
Slėgio kritimas priklauso nuo ciklono tipo. Kai kurie tipiniai duomenys išvardyti 4.6 lentelėje.
2. Jėgos pusiausvyros metodas:
Jėgos balanso metodas pagrįstas šiomis patalpomis:
i) Ciklone esančios dalelės R atstumu nuo ašies turi grynąją radialinę jėgą, kuri yra skirtumas tarp grynosios lauko jėgos (išcentrinės jėgos) ir tempimo jėgos.
(ii) Dalelių, kurių skersmuo d50, veikimas bus nulinis
(v) U įdegio išraiška gaunama subalansuojant skysčio jėgų momentus įleidimo ir išleidimo angoje ir sienos šlyties jėgą aplink ciklono ašį.
kur fs yra analogiškas trinties koeficientui = 1/200
A 1 yra įleidimo kanalo skerspjūvio plotas = B C H C
As yra ciklono paviršiaus plotas, veikiamas
Verpimo dujos
Projektavimo procedūra yra parinkti skelbimą 50 ir prisiimti ciklono skersmenį Dc, ciklono skersmuo Dc turi būti pasirinktas taip, kad U I = Q / Bc Hc yra darbinio įleidimo greičio diapazone (6—24 m / s, paprastai 16 m / s).
Kitas d 5Q apskaičiuojamas taikant Eqs. (4.25), (4.24), (4.23) ir (4.22). Jei apskaičiuotas d 50 nesutampa su iš anksto pasirinktu d 50, žingsniai kartojami su kitu numatomu ciklono skersmeniu. Procesas kartojamas tol, kol bus rastas ciklono skersmuo, kurio rezultatas yra ad 50 artimas iš anksto pasirinktam d 50 .
Tokio ciklono slėgio kritimas gali būti apskaičiuojamas pagal santykį.
Čia reikėtų pažymėti, kad faktinis atskyrimo efektyvumas būtų mažesnis už apskaičiuotą pagal Eq. (4.10) dėl šių efektų:
1. Dalelių atsukimas nuo sienos į vidinį sūkurį,
2. Dalelės, paimtos iš kūgio viršūnės surinktuvo srautu, ir
3. Dalyvių pakartotinis įsišakninimas dėl dantų.
4.2 pavyzdys :
Tradicinis ciklono separatorius turi būti suprojektuotas taip, kad pašalintų 50 proc. Dalelių, kurių skersmuo yra 5 pm, ir tankis 2, 5 g / cm3 iš dujų (oro) srauto, tekančio esant 7200 m 3 / val.
Sprendimas:
Remiantis literatūros duomenimis, 30 ° C temperatūroje oro klampumas yra 0, 018 centipoise.
0, 018 centipoise = 1, 8 x 10 -4 g / cm = 1, 8 x 10 -5 kg / m s.
Išankstinis ciklono skersmens (D c ) įvertinimas, kad atitiktų pirmiau minėtą muitą, gaunamas naudojant Lapple metodą, Eq. (4.19)
Prietaisas # 4. Filtrai:
Skirtingai nuo kitų tipų atskyrimo įtaisų, aptartos ankstesnės filtravimo operacijos atliekamos pusiau paketiniu režimu. Pirmoje operacijos dalyje dulkių dalelės iš dulkių pakrautų dujų srauto patenka į prietaisą ir išeina santykinai švarus (be dulkių) dujų srautas. Filtruose esantis komponentas, kuris faktiškai sulaiko dulkių daleles, vadinamas filtro terpe.
Kadangi sukauptų dulkių dalelių kiekis filtro terpėje padidina atsparumą dujų srautui. Tai padidina slėgio skirtumą per visą filtrą. Galiausiai pasiekiamas etapas, kai slėgio skirtumas lygus iš anksto nustatytai vertei.
Šiuo metu sustabdomas dujų srautas ir pradedamas kitas etapas, kuris yra susikaupusių dulkių dalelių pašalinimas (valymas). Išgėrus didelį kiekį susikaupusių dulkių, atnaujinama filtravimo operacija (dulkių pakrauta dujos). Filtrai klasifikuojami pagal naudojamo filtro terpės tipą.
Naudojama medija yra:
1. Sudėtinė terpė (žvyras) ir
2. Pluoštinė terpė (popierius, pluoštinis kilimas, veltinis, audiniai ir kt.).
Žvyro filtras:
Užpildo filtravimo terpė naudojama aukštos temperatūros ir kitoms specialioms reikmėms. Tipinį filtrų įrenginį sudaro keli lygiagrečiai išdėstyti filtrų moduliai. Modulis pateiktas 4.6 pav. Vienas iš patraukliausių žvyro filtro aspektų yra jo gebėjimas atlaikyti aukštą temperatūrą.
Naudojamos natūralios sudėties rasta. Jo pasirinkimas priklauso nuo dujų temperatūros. Kvarciniai rieduliai gali atlaikyti 800 ° C temperatūros darbo temperatūrą. Tačiau faktinis žvyro filtro veikimo temperatūros apribojimas priklauso nuo konstrukcijos medžiagos, naudojamos jos konstrukcijoje. Žvyro filtro judančios dalys yra atbulinės blykstės vožtuvas ir šlifavimo mechanizmas.
Kadangi šios dalys yra pertraukos, šių dalių susidėvėjimas yra mažas. Filtro apačia veikia kaip ciklono separatorius. Valymo metu leidžiama tekėti oru arba kita dujomis priešinga kryptimi, o įsiurbimo mechanizmas įjungtas. Išstumtos dulkių dalelės surenkamos žemiau esančiame rezervuare. Susikaupusios dulkių dalelės laikas nuo laiko pašalinamos iš bunkerio. Slėgio kritimas per žvyro filtrą gali būti nuo 120 cm vandens.
Audinio filtras:
Kai kurios pluoštinės terpės, pvz., Popierius ir pluoštinis kilimėlis, yra sunkiai valomos ir pakartotinai naudojamos, todėl jos po naudojimo paprastai pašalinamos. Jie netinka pramoniniam dujų valymui. Pluoštinės terpės, pavyzdžiui, audiniai ir veltiniai, plačiai naudojami vertingoms medžiagoms iš pramoninių išmetamųjų dujų regeneruoti, taip pat oro taršos patikrinimui.
Audinio filtras, dar žinomas kaip maišų filtras, naudoja vamzdžius (pagamintus iš audinio), atidarytus viename gale ir uždarytus kaip filtravimo terpę. Keli vamzdžiai pakabinami vertikaliai korpuse iš vielos rėmo, o atviri galai yra apačioje. Dulkių pakrautos dujos patenka į korpusą prie jo apačios ir per atvirus galus juda vamzdžius.
Švarios dujos teka per cilindrinius vamzdelių paviršius, o dulkių dalelės išlaiko. Tinkamas mechanizmas yra įmontuotas į korpusą, kad laikas nuo laiko būtų pašalintas (išvalytas) dulkių daleles. Valymo operacijos gali būti atliekamos internetu arba ne.
Išankstinis apdorojimas:
Naudojami audiniai gali atlaikyti aukštą temperatūrą. Todėl būtina atvėsti gaunamą dujas taip, kad temperatūra būtų žemesnė už rekomenduojamą maksimalią pasirinktos medžiagos temperatūrą. Reikėtų nepamiršti, kad įleidžiamos dujos turi būti 30–60 ° C virš jo rasos taško, nes kitaip ant maišelio paviršių gali susidaryti kondensatas. Dėl kondensacijos susikauptų drėgnos kietos dalelės į filtravimo terpę, o tai trukdytų valyti.
Norint sumažinti audinio filtro apkrovą, geriau būtų išvalyti įvedamąsias dujas naudojant gravitacijos nusodintuvą / cikloną, kad būtų pašalintos didesnės nei 20-30 µm dalelės, kai yra pastebimų jų kiekių.
Audinių filtravimo mechanizmas:
Kietosios dalelės iš nešančiųjų dujų pašalinamos audiniais sijojant, tiesiogiai užsikimšus, pertraukiant dėl Van der Waal jėgos, Browno difuzijos ir elektrostatinio pritraukimo. Elektrostatinio krūvio susidarymas gali atsirasti dėl trinties tarp dujų ir audinių bei tarp dalelių ir audinių.
Audiniai gaminami iš audimo siūlų. Kai naujas, tarpai tarp siūlų yra gana dideli, o kai kurios dalelės lengvai patenka į poras. Kai kurios dalelės suimamos ant audinio. Filtravimo metu vis daugiau ir daugiau dulkių dalelių susikaupia ant audinio ir taip suformuoja „filtravimo pyragą“. Tortas dabar veikia kaip filtro terpė ir yra efektyvesnis už pačią medžiagą.
Veltinis audinys gaminamas spygliuočių adatų pernešimas per du ar daugiau audinio sluoksnių ir taip sujungiant juos ir tuomet apvalant paviršiaus sluoksnį. Vidinis sluoksnis suteikia tvirtumo ir matmenų stabilumo, o atsitiktinai orientuoti smulkūs audiniai ant paviršiaus užtikrina didelį surinkimo efektyvumą mažoms dalelėms.
Audinių medžiagos:
Filtriniai maišeliai gaminami iš medvilnės, vilnos, akrilo, nailono, nomexo, poliesterio, polipropileno, teflono ir pluošto stiklo. Iš devynių audinių, pavadintų pirmaisiais dviem, yra natūralūs, o kiti - sintetiniai. Pasirenkant audinį konkrečiai situacijai, reikia atsižvelgti į šiuos veiksnius: darbo temperatūrą, nešiklio dujų rūgštingumą / šarmingumą, dalelių abrazyvumą, oro ir audinio santykį ir galiausiai jo kainą. Pirmiau minėtų audinių charakteristikos išvardytos 4.7 lentelėje.
Filtrų valymas:
Reguliarus filtrų maišų valymas yra būtinas norint išlaikyti norimą dujų srautą. Valymas gali būti pasiektas lenkiant maišelį ir taip suskaidant bei išstumiant dulkių sluoksnius arba apverčiant oro srautą per maišus arba derinant abu. Mechaninis maišelių kratymas, juos lenkiant, yra gana efektyvus dulkių šalinimas, nebent dalelės yra pernelyg giliai įdėtos į audinius.
Tačiau mechaninis drebulys sukelia daugiau audinių. Audiniai gali išlaikyti tokį gydymą. Trapūs audiniai, pvz., Pluošto stiklas ir veltinio audinys, neturėtų būti purtomi mechaniniu būdu. Oro valymas gali būti atliekamas keliais būdais, pvz., Atbulinis oro srautas, impulsinis srautas ir smūginis žiedas.
Atbulinio srauto valymas atliekamas išjungiant modulį. Didelio tūrio mažo slėgio orui leidžiama tekėti priešinga kryptimi į įprastą srauto kryptį. Dėl atvirkštinio srauto maišų lankstymas vyksta, o dulkių sluoksniai išstumiami. Garso generatoriai kartais naudojami valymo operacijai padidinti. Kadangi šis procesas nesukelia daug štamo audinio, jis gali būti patogiai naudojamas ir trapiems audiniams.
Impulsinio reaktyvinio valymo metu aukšto slėgio (iki maždaug 9 kg / cm2) oro srautas trumpą laiką (maždaug 0, 1 sek. Arba mažiau) įdedamas į maišelį. Plūdant purkštuvui, maišelis patiria šoką ir drebulį. Gautas valymas yra gana geras. Pulso purkštukų valymas gali būti naudojamas visų rūšių audiniams, išskyrus medvilnę ir pluoštą, valyti. Procesas gali būti naudojamas internete arba neprisijungus. Impulsinio srauto siurblys neturi judančių dalių.
Purškimo žiedo tipo valikliu naudojamas oro srautas, išleidžiamas per tuščiavidurių metalinių žiedų, kurie glaudžiai supa maišelį, vidų. Žiedas yra perkeliamas į viršų ir žemyn maišelio išorėje varikliu ir grandininiu grandiniu. Oras iš pūstuvo nukreipiamas į žiedą per lankstus žarną.
Oro srautas patenka į nedidelę maišelio dalį ir verčia tą dalį į vidų. Filtras yra sugadintas ir išstumtas. Kadangi šio tipo valymo metu likusios maišo dalys gali toliau veikti įprastai, jos gali būti atliekamos internetu.
Bet kokio tipo audiniai, audiniai, veltiniai arba trapūs, gali būti valomi naudojant šią techniką, nes jie nėra daug įtempti. Šio tipo valymo įrenginiai nėra naudojami dideliems įrenginiams dėl savo didelių sąnaudų ir sudėtingų mechanizmų.
Sistema:
Paprastai maišelis yra pagamintas iš kelių modulių, kiekvienas modulis yra nepriklausomas vienetas. Kiekviename modulyje tinkamai laikomi keli krepšiai. Maišelio skersmuo gali būti nuo 7 iki 30 cm. Paprastai tai yra apie 15 cm. Maišelio aukštis gali būti nuo 0, 75 iki 8 m.
Dulkių pakrautos dujos patenka į modulį per įleidimo kanalą. Skirtingų modulių įleidimo kanalai yra prijungti prie bendro kolektoriaus. Labai dažnai kolektoriuje yra tarpikliai ir difuzoriai, skirti tinkamai paskirstyti dujoms dulkes. Filtravimo metu dujos gali tekėti iš vidaus į maišą arba kitaip. Švarios dujos gali būti išleidžiamos į atmosferą tiesiai iš modulio arba išleidžiamos į kitą bendrąjį kolektorių tolesniam apdorojimui.
Kiekviename modulyje yra tinkamas maišų valymo įtaisas, mechaninis arba pneumatinis, kaip aptarta anksčiau. Kiekvienas modulis turėtų bunkerį, kad gautų valymo metu išsisklaidžiusias dulkes. Kiekvienas bunkeris savo ruožtu turi dulkių išleidimo įtaisą, pvz., Dvigubą fiksavimo vožtuvą arba rotacinį oro užraktą.
Net nedegios dulkės gali būti sprogios, todėl kiekviename modulyje yra apsauginis įtaisas / įtaisai, pvz., Atsparūs sprogimui elektrinės detalės, sprogimo anga (sprogimo durų / šarnyrinis skydas) ir purkštuvai, kad būtų pasirengta avarinei situacijai. Prieigos durys yra skirtos pakeisti sugedusius maišus ir kitus priežiūros darbus. 4.7 pav. Parodyta maišų filtro modulio schema.
Maišelių filtro dydis:
Norint įvertinti bendrą (neto) audinio plotą, reikalinga ši pagrindinė informacija:
Dujų srauto greitis, m 3 / min;
Dujų drėgnumas, % R. H;
Dujų temperatūra, ° C;
Dalelių apkrova g / m 3 nešiklio dujų, \ t
Dalelių dydžio pasiskirstymas, µm;
SO 2 kiekis (jei yra), ppm;
Dalelių (kietojo) tankis, g / cm3;
Dujų rūgštingumas / šarmingumas.
Remiantis pirmiau minėta informacija, reikia pasirinkti tinkamą audinį ir jo tipą, ty austi / veltinį. Pagal pasirinktą audinį ir jo tipą taip pat reikia pasirinkti valymo metodą. Toliau filtravimo greitis, išreikštas oro ir audinio santykiu (A / C), nustatomas naudojant 4.8 lentelėje pateiktus duomenis. Oro ir audinio santykis priklauso nuo dulkių dalelių sudėties, naudojamo valymo metodo, taip pat nuo to, ar buvo pasirinktas audinio / veltinio audinys.
Oro ir audinio santykis turėtų būti parenkamas pagal gamintojo rekomendacijas. Paprastai audinių audinys yra mažesnis, o veltinio skudurėliui - didesnė.
Q dujų srautas, m 3 dujų / min ir F koeficientas nuo 1, 04 iki 2.
1, 04 Dėl labai didelės A tinklo vertės ir 2 mažos A tinklo vertės.
„Bag House“ efektyvumas ir slėgio sumažėjimas :
Krepšelio efektyvumas priklauso nuo dulkių dalelių dydžio, dalelių apkrovos, panaudoto audinio ir naudojamo valymo metodo. Tinkamai suprojektuotas įrenginys gali būti ne mažesnis kaip 99%, jei dalelių dydis yra didesnis nei 1 µm. Slėgio kritimas paprastai yra nuo 7, 5 iki 15 cm vandens.
Prietaisas # 5. Elektrostatinis nusodintuvas (ESP):
Iš įvairių tipų sausų dalelių separatorių efektyviausi yra elektrostatiniai nusodintuvai. Procesas iš esmės susideda iš dulkių pakrautos dujų perleidimo per kanalą, kuriame išlaikomas aukštos įtampos nuolatinės srovės laukas. Dulkių dalelės įkraunamos ir nusėdamos ant įžeminto (elektrinio) vamzdžio paviršiaus, kai švarios dujos išeina iš vamzdžio. Vamzdis gali būti horizontalus (sudarytas iš dviejų lygiagrečių plokščių, atsuktų viena į kitą ir uždarytas viršuje) arba vertikaliai (vamzdis).
Horizontalus ESP tipas yra dažnesnis. Tiksliai viduryje tarp dviejų plokščių laikomi keli metalo gabalai (laidų juostelės). Tai tarnauja kaip iškrovimo elektrodai ir plokštės kaip kolektoriai. Vertikalaus vamzdžio atveju vertikaliai išilgai centrinės linijos pakabinamas viela tarnauja kaip iškrovimo elektrodas, o vidinis vamzdžio paviršius veikia kaip kolektorius. Surinktos dulkių dalelės periodiškai yra išstumiamos, vibruojamos arba plaunamos kolektoriaus paviršiai.
Sausam surinkimui dulkių kaupimasis ant kolektoriaus leidžiamas iki maždaug 6 mm ar daugiau, o po to stipriai užsikimšęs, kad dulkės būtų išstumtos kaip didelės gumulėlės, kurios nebūtų vėl atsidūrusios. Silpnesnė ir dažnesnė pjaustymas sukurtų dulkių dulkes, kurios gali būti lengvai atsikratomos. Drėgnas dulkių surinkimas gali būti pasiektas purškiant vandenį pertraukomis arba nepertraukiamai ant kolektoriaus arba naudojant svirtį. Išmetimo elektrodai taip pat turi būti nuvalomi sukabinant juos intervalais.
Lauko stiprumas ir elektrodai:
Naudojant transformatorius, sujungtus su silicio lygintuvais ir automatiniais įtampos reguliatoriais, paprastai naudojamas apie 3–6 kV / cm (dc) lauko stipris. Dėl aukšto lauko stiprumo vyksta koroniniai išleidimai, kurie gamina didelės spartos elektronus.
Neigiamas koronas (korona ant neigiamos vielos) yra efektyvesnis, nes jis yra stabilesnis ir efektyvesnis. Efektyviam veikimui optimalus kibirkšties greitis yra 50-100 kibirkščių per minutę. ESP impulsinis įjungimas per milijoninę arba mikro sekundę pagerina surinkimo efektyvumą ir sumažina energijos suvartojimą.
Kai kuriuose projektuose išleidimo elektrodo skersmuo yra apie 3 mm, kitose - didelis. Netaisyklingos formos iškrovos elektrodai, turintys smailių iškyšų, sukuria didelio intensyvumo vietinį lauką ir inicijuoja koroną. Kvadratinės, trikampės ir spygliuotos vielos kartais naudojamos kaip iškrovimo elektrodai. Kai kurie gamintojai vietoj laidų naudoja metalines juostas. Kolektoriaus plokštės gali turėti pelekų / atramų, kad būtų išvengta išstumtų dulkių dalelių įsiurbimo ir jiems suteikiamas mechaninis stiprumas.
Dalelių atsparumas ir ESP korpusas:
Mažos elektrinės varžos dalelės (10 4–10 7 ohm-cm) lengvai praranda įkrovą, nukrito nuo plokštelės ir vėl atsiduria. Didelio atsparumo dalelės (10 11–10 13 omų cm) linkusios prilipti prie kolektoriaus plokštės ir izoliuoti. Dulkių pakrautos dujos, turinčios didelio atsparumo dulkes, gali būti kondicionuojamos pridedant NH 3, SO 2, garo ir tt į dujų srautą.
ESP darbinis slėgis gali svyruoti nuo nedidelio vakuumo iki maždaug 10 atm slėgio ir iki 600 ° C temperatūros. ESP yra laikomas dujoms nepralaidame korpuse, pagamintame iš plieno arba betono. Tačiau, jei reikia, korozijos požiūriu korpusas gali būti pamuštas švinu arba plastiku. Kai atliekamas kolektoriaus vandens valymas, kartu su dulkių dalelėmis taip pat pašalinamos miglos ir kai kurios tirpios dujos.
Konkrečiu atveju ESP statybai ir eksploatavimui gali būti pasirinkta toliau išvardytų alternatyvų kombinacija:
i) Sausas / drėgnas kritulių kiekis;
ii) horizontalus / vertikalus dujų srautas;
iii) vieno / segmento plokštelės tipas; \ t
iv) veikimas esant slėgiui / vakuumui;
ESP mechanizmas:
Dėl didelio įtampos skirtumo tarp centrinio išleidimo elektrodo ir žemės kolektoriaus vyksta koronų iškrovimas. Koroninio iškrovimo metu skleidžiami elektronai ir jie pagreitėja iki didelių greičių. Tokie elektronai, susidūrę su dujų molekulėmis, pavyzdžiui, O2, jonizuoja juos ir atleidžia elektronus, kurie tęsia dujų jonizacijos procesą.
Tada dujiniai jonai užpildo suspenduotų dulkių daleles jų kaimynystėje, susidūrę su susidūrimu (bombardavimu) arba difuzija. Didesnės nei 1 µm dalelės paprastai įkraunamos susidūrimo metu, o smulkesnės dalelės įkraunamos difuzijos būdu. Tuomet įkrautos dalelės migruoja į žemės surinkėją ir atsisako įkrovimo. Sausų kolektorių atveju gali atsirasti šiek tiek dalelių. Drėgnų kolektorių atveju pakartotinio įsiurbimo nėra.
Lauko stiprumas yra toks, kad yra ribotas kibirkšties dažnis. Sparking metu atsiranda momentinis įtampos kritimas, dėl kurio susidaro elektrostatinio lauko žlugimas ir dulkių surinkimas. Pernelyg didelis kibirkštis - tai srovės srovės praradimas. ESP sistemoje dalelė yra veikiama gravitacine jėga, tempimo jėga ir elektros lauko jėga. Lauko jėga pritrauktų dalelę į kolektorių, o tempimo jėga prieštarautų jo judėjimui kolektoriaus link.
Gauta jėga sukeltų dalelių migraciją į kolektorių tam tikru greičiu, kuris vadinamas „dreifo greičiu“. Dalelių dreifo greičio dydis priklauso nuo veiksnių, tokių kaip dalelių įkrovimo būdas, dalelių dydis, dujų greitis, lauko stiprumas ir dalelių atsparumas ir kt.
Bombardavimo metu įkrautų dalelių dreifo greitis gali būti apskaičiuojamas pagal santykį
U p, dp = 3.694 10 -6 E 2 p dp / µ (4.29)
Tačiau, jei įkrovimas vyksta difuzijos būdu, dreifo greitis gali būti apytiksliai lygus
U p, dp = 3-097 x 10-4 K m E / µ
kur, U p dp = dalelių, kurių skersmuo dp, m / s, srauto greitis.
Tipiniai kai kurių specifinių dalelių dreifo greičio duomenys išvardyti 4.9 lentelėje.
Reikia pažymėti, kad projektavimo tikslais ESP gamintojai naudojasi savo lauko patirtimi, o ne pasikliauti dreifo greičio duomenimis, apskaičiuotais remiantis Eqs. (4.29) ir (4.30).
Išankstinis apdorojimas:
Siekiant sumažinti dulkių apkrovą ESP, įsiurbiamo dujų srautas gali būti iš anksto apdorotas gravitacijos nusodintuvu arba išcentriniu separatoriumi (ciklonu). Esant sausam ESP, įsiurbiama dujos turi būti temperatūroje, ty 25–50 ° C virš jo rasos taško, taigi, jei reikia, dujos turi būti pašildytos.
ESP kolekcijos efektyvumas:
4.8 pav. Parodyta lygiagrečios plokštės konstrukcijos schema.
Dulkių turinčios nešančiosios dujos, turinčios skirtingų dydžių suspenduotas daleles, tarp dviejų lygiagrečių plokščių, linijiniu greičiu U, teka horizontaliai. Dalelės, patekusios į kanalą, įkraunamos, o kolektorių plokštelės juda link atitinkamų dreifo greičių.
Analizuokime laipsniškus dalelių koncentracijos pokyčius (kurių skersmuo yra dpi), kai nešančiosios dujos juda iš įėjimo galo į išėjimo galą. Medžiagų balansas per elemento ilgį dL duoda Eq. (4.31)
kur H = plokštės aukštis,
L I = plokštės ilgis,
2 S = atstumas tarp plokščių,
U p dpj = dalelių, kurių skersmuo yra dpi, greitis
U = horizontalus dujų greitis, kruopščiai ESP,
A = dviejų plokščių kolektoriaus paviršiaus plotas = 2 L 1 H
q = tūrio dujų srautas per kanalą tarp dviejų plokštelių = Q / n,
n = kanalų skaičius,
Q = bendras tūrinis dujų srautas.
Tokio vieneto surinkimo (pašalinimo) efektyvumo išraiška dalelių, kurių skersmuo yra dpi, gali būti gaunama pertvarkant Eq. (4.32).
Though Eq. (4.33) is derived for a pair of parallel plates it is also valid for a tubular collector.
It has been reported that the experimental collection efficiency data fits Eq. (4.34) better than the theoretically derived Eq. (4.33).
Where the numerical value of m ranges between 0.4 to 0.7. The value of m may be approximated as 0.5
If it is desired to remove all the particles of a specific size dpi from a dust laden gas stream, then minimum length of a parallel plate collector (L dpj ) should be equal to SU/U p dpj so that the particles which are at the mid-plane between the plates at the entrance would be able to reach the plates before the carrier gas sweeps them away out of the channel.
Under this condition those particles having drift velocities greater than U p dpj would also be completely removed but those having lower drift velocities would be partially removed.
It is to be noted here that the particles take some time to get charged and acquire their drift velocities after entering a channel. The charging time 't c ' is about 0.3 sec. Hence the required minimum collector length for 100% removal of particles having a diameter dpi is
L dpi, (100%) = SU/U p.dpi + U× t c .
ESP Design Approach:
For estimating the dimensions of an ESP (L, H, S, and the number of parallel channels, n) the basic information required are particle size and mass distribution data, total volumetric gas-flow rate and the desired overall removal efficiency.
Based on these an ESP may be sized through the following steps:
I etapas:
A specific particle size dpi is chosen whose complete removal is desired.
II etapas:
Influent gas velocity (U), plate spacing (25), plate height (H) and field strength (E) are assumed.
III etapas:
The drift velocities of the dust particles are estimated using Eqs. (4.29) and (4.30).
IV etapas:
L dpj is calculated using Eqs. (4.33) and (4.35), whichever is larger should be accepted.
V žingsnis:
The removal efficiencies of the dust particles having a diameter other than dpi are estimated using Eq. (4.34).
VI etapas:
The overall collection efficiency of the proposed ESP is estimated using Eq. (4.10).
N overall = Σm dpi × n dpi /Σm dpi
If the estimated overall efficiency does not match the desired efficiency, then some of the parameters listed in step II are changed and the steps III, IV, V and VI are reworked till the estimated overall removal efficiency matches the desired one.
The ratio of the effective length to the effective height of an ESP is referred to as the Aspect Ratio (AR). It generally ranges between 0.5 to 2. For 99.5 + % removal efficiency the AR should be greater than 2.
The number of parallel channels in a module is estimated using the relation,
n = Q/q, (4.36)
where Q is the total volumetric gas-flow rate.
ESP Performance:
An ESP is used to remove particles ranging in size from 300 (am to 1pm and the overall removal efficiency may be as high as 99.9%. Since the efficiency is a logarithmic function of the collector area, the area required for 99 % collection is about twice that required for 90% collection. The efficiency may be more than 99% for particles larger than 2 pm. The pressure loss is less than 2.5 cm of water. Power consumption is about 75-750 kW per 10, 000 Nm 3 /min gas-flow rate.
The actual performance of an ESP may be poorer than the calculated one because of re-entrainment, improper electrical setting, badly adjusted rapper, excessive dust build-up, channeling of gas, high electrical resistivity, low SO 2 content of the carrier gas. Sectionalized units have higher efficiency.
Normally an ESP operates in the particle resistivity range of 10 4 -10 12 ohm-cm. For resistivity less than 10 4 the particles lose their charge easily and hence are not collected. For resistivity more than 5 x 10 10 particles are held rigidly to the collector. Strong rapping required for dislodging such particles results in re-entrainment.
Advantages and Disadvantages of an ESP :
Privalumai:
1. Low pressure drop (draft loss),
2. Can handle gas at high temperature and pressure,
3. High collection efficiency even for small particles < 0.1 µm,
4. Variation of gas-flow rate and dust loading do not affect the efficiency much,
5. Can be operated both in dry and wet conditions,
6. Can handle corrosive gases,
7. Maintenance cost is low as there are fewer moving parts,
8. Low operating cost compared to other high efficiency dust removal systems.
Trūkumai:
1. Initial cost is high,
2. More space is required,
3. It is not suitable for combustible dust and or gases,
4. Actual removal efficiency may be low if not operated properly,
5. Conditioning agents may be required for resistive particles.
In Table 4.10 the normal range of variation of the parameters of plate type commercial ESPs are listed.
Table 4.10 : Normal Range of Variation of Parameter Values of Plate Type Commercial ESPs
Example 4.3:
Design a suitable parallel plate electrostatic precipitator (ESP) for 99.5 percent removal of particles having a diameter 20 µm from a carrier gas (air) flowing at the rate of 30, 000 m 3 /hour at 30 °C.
Following data may be used for design purpose:
Sprendimas:
Since U p dpi is given it is not necessary to calculate the same using either Eq. (4.29) or Eq. (4.30). From Eq (4. 33).
Device # 6. Scrubbers:
Scrubbers are widely used in industries for removal of dust particles, suspended liquid droplets and also for absorption of gaseous pollutants from effluent gas streams. In a scrubber a gas stream is brought in contact with a liquid stream (generally water) either in the form of a spray or a pool as a result of which the suspended particles are collected in the liquid stream and thereby form a slurry.
The treated gas saturated with water vapour and containing some water droplets comes out of the scrubber. The slurry often needs further treatment before its final disposal. In dry cleaners discussed earlier one does not encounter this problem.
In a scrubber the mechanism of collection of larger particles (dp > 0.3 pm) is predominantly interception and impingement, leading to agglomeration of particles. The finer particles (dp < 0.3pm) are mainly collected due to diffusion. If a gas stream cools down below its dew point coming in contact with the scrubbing liquid then the process of dust collection gets boosted.
One finds such a wide variety of industrial scrubbers that it becomes very difficult to classify them properly. All conceivable means of contacting gas and liquid streams have been and are being employed. A classification based on scrubber internals and scrubber liquid flow pattern is given in Table 4.11.
Scrubbers are also classified as 'low Energy' and 'high energy' type as listed below:
Some of the scrubbers listed in Table 4.11 are described hereunder. Their performance and other relevant data are tabulated in Table 4.12.
1. Plate Columns:
Sieve Plate:
In sieve plate columns the flow is countercurrent. The scrubbing liquid enters at the top and flows down. The gas enters near the bottom and flows up. Water flows over plates forming a pool about 2.5 cm deep on each plate. The dust-laden gas enters a plate through its perforations and bubbles through the liquid pool on it.
The mechanism of dust collection is interception and impingement. The pressure drop across such a column depends on the number of plates employed and the depth of liquid on each plate. The collection efficiency depends on the number of plates in a column, perforation diameter and gas velocity. It may be 90% or more for particle size 5 µm and larger.
Bubble Cap and Baffle Plate Column:
These scrubbers are vertical towers with one or more perforated plates mounted horizontally inside like the sieve plate columns. The difference lies in the fact that at a short distance above each perforation on a plate a cap or a baffle is placed submerged in the liquid pool on the plate. Because of impingement on the obstruction and subsequent change in direction of the flowing gas the collection efficiency is higher than that of a sieve plate column.
The efficiency increases as the holes diameter decreases. Decrease of gas velocity also increases the efficiency. The efficiency decreases with the decrease in the particle size. Because of improper removal of the collected particles from plates scaling and plugging of the perforations may take place.
2. Packed Scrubbers:
A packed bed scrubber is also a vertical tower in which the dirty gas generally enters at the bottom and flows up through a bed of pickings resting on a packing support. The scrubbing liquid is introduced at the top and is distributed throughout the cross section of the tower. As the gas flows up through the tortuous channels in between the pickings it comes in contact with wet packing surfaces where the particles are arrested due to inertial interception and impingement.
Packed scrubbers are of two types: fixed bed type and floating bed type.
A fixed bed may be either countercurrent or concurrent type. In a concurrent type both gas and liquid enter at the top. In a fixed bed the pickings are heavy and they rest on a packing support. Fixed beds are susceptible to choking at high dust load and low void age.
In floating type packed beds plastic balls made of polyethylene, polypropylene or other thermo plastic materials are generally used as they are resistant to corrosion and lighter than water. The packing's are confined between two perforated horizontal plates. The distance between the plates is normally about 0.5 m. A floating type bed is countercurrent type.
The gas enters at the bottom at a velocity of about 2 to 4 m/s. At low velocities the packing's form a fixed bed on the lower support plate, while at high gas velocities the packing's form a fixed bed below the restraining upper plate. At an intermediate velocity the packing would be floating and in turbulent motion.
For treatment of gases containing corrosive constituents FRP (glass fiber reinforced plastic) may be used for construction of such columns instead of rubber or plastic lined steel or such other materials. Collection efficiency increases as smaller packing's are used since they provide more surface area per unit packed volume. Use of smaller size packing would result in higher-pressure drop.
3. Fiber Bed:
A bed made of knitted plastic, fiber glass, metal wire or meshed fiber is used as a filter. Such a bed has a void percentage around 97-99%. The bed is kept wet and it is flushed with the scrubbing liquid. This helps in collecting particles and removing the collected particles in the form of a slurry.
Collection of particles due to impaction improves as fiber diameter decrease and gas velocity increases, whereas collection by diffusion increases as gas velocity decreases. The wire/fiber diameter should be small for efficient operation but must be able to provide sufficient mechanical strength so as to support its weight along with those of the collected particles and retained liquid.
4. Spray Contactors:
In these scrubbers a dust-laden gas is brought into contact with atomized liquid droplets. Atomization may be achieved by forcing the scrubbing liquid through nozzles or it may be induced by allowing the gas to flow at a high velocity (60-120 m/s) through a venturi or an orifice type device.
The liquid droplets collect the solid particles by inertial impaction and impingement. The removal efficiency is dependent on the particle size, liquid drop size, gas velocity and liquid to gas ratio. The dust laden droplets are separated from the gas by using gravity settlers or packed beds or cyclone type devices.
In spray scrubbers, where liquid droplets are removed by gravity settling the cut size is around 2 pm and the optimum droplet diameters for fine particle collection is 100 to 500 pm. For cut size around 0.7 pm high velocity sprays are more efficient. The liquid to gas ratio in spray scrubbers is in the range of 4000-14000 lit/1000 Nm 3 . Centrifugal Scrubber can recover particles smaller than those recovered by spray scrubbers. The cut diameter is between 2 to 3 pm. The collection efficiency is 97% or more for particles > 1 µm.
Venturi Scrubber :
Venturi Scrubbers are high efficiency wet scrubbers where particles even finer than 2 pm are effectively removed. These are as efficient as ESPs and fabric filters. Initial cost of a venturi scrubber is less than that of an ESP or a bag house, however the operating cost is high. If the particles to be removed are sticky/flammable/corrosive, a venturi scrubber is a better choice over an ESP or a bag house.
A venturi scrubber is basically a convergent-divergent duct with a throat where the cross section is the minimum. It may have a cylindrical or rectangular cross section. The gas enters the convergent section and the scrubbing liquid may be introduced either at the entrance of the convergent section or at the throat in the form of a spray.
When the gas and liquid droplets pass through the throat at a high velocity the particles are collected in the liquid droplets due to interception, impingement and diffusion. The collection efficiency increases as the throat length is increased with consequent increase in pressure drop. The optimum ratio of throat length to diameter is 3: 1.
The particle laden liquid droplets as they come out of the divergent sections are separated from the gas in a cyclone or a mist eliminator. When the influent gas is hot, the scrubbing liquid is introduced at the section where the convergent section starts, but when the gas temperature is not high or it is almost saturated with moisture the liquid is introduced at the throat.
The gas velocity at the throat ranges between 50-180 m/s at which it is most efficient. When the gas flow rate is high a rectangular venturi is used. The liquid to gas ratio normally ranges between 900-1400 lit/1000m 3 . A liquid flow rate of 400 lit/1000 m 3 is insufficient to cover the throat. The collection efficiency does not improve much beyond a liquid flow rate of 1400 lit/1000 m 3 . The converging angle is generally 25°- 28° and the diverging angle is 6°- 7°.
The pressure drop AP, across a venturi scrubber may be calculated using the relation,
∆P=1x 10 -5 V 2 L (4.37)
where, ∆P is in cm of water gauge, V= gas velocity at the throat, in m/s, and L = liquid flow rate in lit/1000 m 3 . At a liquid rate of 650 lit/1000 m 3 the ∆P calculated using Eq. (4.37) is quite accurate, but at a liquid rate of 1600 lit/1000 m 3 the calculated ∆P is higher than the actual.
Impingement and Entrainment Scrubbers :
In such scrubbers the gas to be scrubbed is passed through a trap partly or completely filled with water. The suspended particles are arrested by inertial impaction. The treated gas entrains some water droplets, which also help in removing some of the suspended particles.
Mechanically Aided Scrubbers:
This type of scrubbers use a motor driven device to bring about intimate contact between a dirty gas and liquid droplets. The motor driven device is often a fan, which moves the gas. The scrubbing liquid is introduced as a spray at the hub of the fan. The finer droplets move with the gas. The larger droplets hit the fan blades and wash the deposited particles. While leaving the blades at their tips the liquid gets atomized.
The dust-laden droplets are separated from the gas with the help of a suitable device. For producing liquid droplets (spray) the rotor may be partially submerged or Water may be injected between the rotor and stator. Such devices may experience high erosion, abrasion and Corrosion
In Table 4.12 the performance and other related information about some types of scrubbers are listed.
It is to be noted here that a scrubbed gas stream would invariably contain liquid droplets and its temperature would not be much higher than that of the influent scrubbing liquid. Hence the treated gas stream has to be freed from liquid droplets and mists and then reheated before purging the same to the atmosphere through a stack.
Additional Information:
Removal of Liquid Droplets and Mists:
The mechanisms by which suspended liquid droplets and mists may be removed are similar to those for solid particle removal. Removal of suspended liquid droplets is somewhat easier than that of solid particles. Liquid droplets coalesces easily on interception and drain off. Unlike solid particles, liquid droplets once separated are not re-entrained easily. Some of the devices, which are used, for removal of solid particles may also be used for removal of suspended liquid droplets.
The following types of devices are commonly employed for removal of gas-borne liquid droplets:
(a) Packed beds,
(b) Cyclones,
(c) Baffle system,
(d) ESP,
(e) Filter.
Packed beds and cyclones do not need any scrubbing liquid for arresting liquid droplets. Draining of collected liquid from an ESP collector surface occurs due to gravity and does not require any hammering. A special type of filter media is a pad made of knitted wire or fibrous mesh occupying the entire cross section of a vertical tower. It is very often used for filtering liquid droplets and mists. Such pads made of 0.3 to 1.5 mm diameter wire or fibre has high void volume and causes low pressure drop even at high gas velocities.
These devices are termed as 'mist eliminators' or 'demisters'. Very fine wires or fibres are not used for fabricating the pads and the pads are not densely packed as that would cause retention of more liquid and thereby finally block the flow channels.
The optimum gas velocity for such filters may be calculated using the relation
The numerical value of K in a given situation depends on factors like liquid density, liquid viscosity, surface tension, droplet size, etc.
Cooling and Condensation:
After removal of suspended solid particles from a gas stream using any device other than a scrubber it becomes necessary to cool the stream when any one of the following methods is to be employed for removal of the gaseous pollutants:
(i) Condensation of a vapour,
(ii) Absorption of gaseous pollutant (s),
(iii) Adsorption of gaseous pollutant (s),
(iv) Chemical reactions other than incineration.
Cooling of a gas stream may be carried out using either a direct contact heat exchanger or a surface (indirect contact) exchanger. In a direct contact exchanger a gas stream is brought into intimate contact with a large quantity of a liquid (generally water) at a temperature lower than the dew point of the gas..
The contacting equipment may be similar to any one of the wet scrubbers described earlier. As a result of heat exchange between the gas and the liquid, the gas stream may be cooled to the desired temperature and condensable vapour present, if any, may get condensed. This type of exchanger may be used when the condensable vapour is not having any economic value. The coolant temperature would rise during the process. Its rate may be calculated using Eq. (4.39) obtained by heat balancing.
If the gas is not cooled below its dew point then the gas would pick up some vapour (of the coolant) during the process. In such a situation the coolant rate may be calculated using Eq. (4.39a).
Indirect contact (surface) exchangers are generally shell and tube type. The tubes may be with or without fins. Of the two fluids (hot gas and coolant) one would flow through the tubes and the other would flow outside the tubes. The coolant may be either air or some other fluid depending upon whether the exchanger will act as a cooler or a cooler-cum-condenser. In Table 4.13 some guidelines for coolant selection and its inlet temperature are given.
Indirect Contact Exchanger Design Approach:
The basic design equation for a shell and tube heat exchanger is
Eq. [4.40] is applicable when cooling is accompanied by condensation of vapour. When there is no condensation the term Σʎ(y 1i – y 2i ) will be equal to zero. The symbols L, C pl, T L1 and T L2 refer to the coolant stream flow rate, specific heat of liquid, inlet and outlet temperatures.
Where q = rate of heat transfer,
U h = overall heat transfer coefficient,
A h = Heat transfer area, and
∆tm = mean temperature difference, a function of T L1, T L2, T g1 and T g2 .
The actual expression for evaluation of ∆tm depends on the flow arrangement of the fluids in an exchanger.
Figure 4.10 shows a sketch of a shell and tube type cooler-condenser.
The overall heat transfer co-efficient, U h, can be evaluated by combining the individual co-efficient using Eq. (4.41).
Typical values of the above named parameters are listed in Table 4.14.
For evaluation of U h in a specific situation the individual coefficient should be estimated using information and correlations available in standard books on Heat Transfer.
