Frivillig stoftavskiljning lönar sig
av Anders Strandell Forum 1976-16, sida 13-16, 20.10.1976
FORUM 16 - 7 13
Frivillig stoft avskiljning lönar sig
Stoftavskiljare anses av många som dyra apparater som ingenting producerar. Många företags ekonomer anser att man inte skall investera i avskiljare så länge vi inte har någon lagstiftning i Finland som begränsar emissionen. Vi vill dock med några enkl exempel visa att en stoftavskiljare kan motiveras rent ekonomiskt sett. En förutsättnin för att kunna bedömma en sådan investering är dock att man känner till grunderna för de olika stoftsavskiljarna samt har en uppfattning om begreppen stoft, avskiljningsgrad osv.
WW” Stoftavskiljaranläggningar består i många fall av ett trumsystem, en stoftavskiljare, en fläkt och en skorsten. Trumsystemets, fläktens och skorstenens uppgift är att transportera en gas från en plats till en annan, tex avgaserna från en värmepanna till skorstenens topp. Stoftavskiljarens funktion i anläggningen är att avskilja de fasta partiklarna eller en del av dem som finns i luften eller i gasströmmen, tex oförbrända kolpartiklar från avgaserna i en koleldad värmeanläggning. Fläktens uppgift i systemet är att tillföra den energi som behövs för luften aller asen för att förflyttas från en punkt till en annan, dessutom erhål stoftavskiljaren behöver genom fläkten.
Stoft är en fast partikel som till form .och utseende kan vara mycket varierande. Tex. oljesot och metallstoft har helt olika fysikaliska egenskaper ss fallhastighet, densitet osv. Därför brukar man jämföra alla stoftpartiklars storlek och egenskaper med en ekvivalentpartikelstorlek. Dvs en partikel som har samma egenskaper som en homogen sfärisk partikel med volymvikten 1 g/cm3.
Storleksordningen på stoft som är intressant ur avskiljningssynpunkt rör sig då i området ca 1 um (10—8 m) till ca 50 um (10—5 m).
En stoftavskiljares verkningsgrad anges i “/o fraktionsavskiljningsgrad för en viss partikelstorlek, t ex 72 9/0 vid 20 um. Det betyder att sannolikheten för att alla partiklar med storleken 20 um avskiljes i stoftavskiljaren är 72 9/4, Ytterligare kan verkningsgraden anges i /b totalavskiljningsgrad förutsatt att man känner till stoftets storleksfördelningskurva. Totalavskiljningsgrad är då =
Summan av fraktionsavskiljningsgraden x fraktionsindelningen uttryckt i 9.
För att kunna garantera en total avskiljningsgrad bör man alltså känna till fraktionsavskiljningsgraden samt stoftets storleksfördelningskurva omräknat i ekvivavalentpartikeldiameter. Detta gäller i synnerhet för de dynamiska och också i många fall för våtavskiljarna, För att projektera tygfilter och elektrofilter räcker det ej med kunskaper om ovanstående stoftegenskaper utan man bör också känna till bla stoftets elektrostatiska och hygroskapiska egenskaper.
Huvudtyperna av avskiljare för industriellt bruk är:
Is den energi so — dynamiska, fallkammrar, cykloner och multicykloner — våtavskiljare, — kaskad och venturiskrubbra — tygfilter, slang- och kompaktcellfilte — elektrofilter, torra och våta
Dessutom förekommer andra typer av avskiljare samt olika kombinationer av ovanstående typer, bla cykloner med påbyggda slangfilter, absorbationsskrubbrar osv. Dessa är dock för den stora allmänheten mindre intressanta varför vi skall koncentrera översikten till de mest förekommande avskiljarna.
Dynamiska avskiljare, cykloner
Funktion
Avskiljningseffekten uppkommer genom att gasen sätts i virvelrörelse inuti cyklonkroppen. Fasta partiklar slungas då utåt av centrifugalkraften. Virvelrörelsen leder partiklar nedåt mot stoftutloppet i cyklonspetsen. Sättet för utmatning av stoftet är mycket betydelsefullt för funktionen. Avskiljningsförmågan kan spolieras helt om luft läcker in genom stoftutloppet.
- & I | ,
Sammanbyggnad
Genom att parallellkoppla flera mindre cyklonenheter i stället för att välja en enda stor cyklon för ett givet gasflöde får man högre avskiljningsgrad och större flexibilitet i uppbyggnaden. Vid parallellkopplingen måste man se till att gas- och stoftflödet fördelas lika på enheterna, Sättet för utformningen av anslutningskanalerna har därför stor betydelse för det sammanbyggda cyklonbatteriets unktion,
TT
Multicykloner
Funktion
Multicyklonen är utförd för axiell gasgenomströmning. Den för avskiljningen nödvändiga gasrotationen åstadskoms med en förskjutbar ledskenekrans. Ledskenekransens läge i cykloninloppet bestämmer rotationshastigheten vid givet Bastlöde. Såväl avskiljningsförmåga som tryckfall är beroende av denna rotationshastighet.
Vänd 14
Cyklonenheten. 1 Mantel & 250 mm med koniskt inlopp. 2 Ledskenekrans. 3 Centralrör. 4 Stoftutlopp vid mantelns periferi. 5 Rengasutlopp.
Avskiljningen i en multicyklon kan ske i två steg. Dels vid gasens rotation i cyklonkroppen, på samma sätt som i andra cyklonavskiljare, dels vid gasens tvära omböjning i inloppet till centralröret, som har speciellt utformade slitsar för detta ändamål.
In!oppet till centralröret har slitsar som tvingar gasströmmen att böja av. Vid den tvära omböjningen slungas stoftpartiklarna utåt.
Det avskilda stoftet bortförs genom en delgasström från stoftutloppet vid cyklonmantelns periferi. Transportgasen, som har hög stoftkoncentration, renas i en högeffektcyklon eller någon annan lämplig avskiljare. Rengasen från sekundäravskiljaren återförs till multicyklonens rågasinlopp.
Sekundäravskiljaren kan anslutas till ett pneumatiskt transportsystem för bortförande av stoftet till en central tömningsplats. Stoftet kan hanteras torrt, vått eller luftkonditionerat, beroende på sättet för vidare hantering.
Våtavskiljare; modell kaskadskrubber
Funktion
Rågasen får med hög hastighet träffa en fri vätskeyta. Den drar då med sig en kraftig vätskekaskad (fig. 1). Vätskekaskaden tvingas ändra riktning genom en reflektor. Gasen får härigenom passera en dusch av fina vätskepartiklar. Genom hög hastighet och kraftig turbulens får man intensiv kontakt mellan de fina vätskedropparna och gasen. Fasta partiklar i gasen uppfångas då av vätskedropparna. Grövte partiklar slungas direkt ned i vätskebadet, vilket är bakgrunden till kaskadskrubberns stora slitstyrka.
Kaskadskrubbern saknar rörliga delar. Vätskecirkulationen upprätthålls av gasflödet och det finns inga trånga kanaler eller dysor som kan sättas igen eller förslitas. Behovet av service och underhåll blir därför minimalt. .
Vid applikationen som stoftavskiljare samlas det avskilda stoftet i botten av skrubbertanken som slam. Slammet uppsamlas i behållare eller utmatas automatiskt genom pumpning, sluss- eller chackutmatning. Vid applikationer för värmeåtervinning eller kemi [d eo
FORUM 16 : 76
Fig 1 1 Centralrör. 2 Stötzon. 3 Skrubberzon. 4 Skrubberrör. 5 Reflektor. 6 Vätskekaskad.
kalieåtervinning är man primärt intresserad av tvättvätskan. Vid värmeåtervinning får den varma gasen uppvärma vatten, som sedan kan användas i produktionen. Vid kemikalieåtervinning övergår lösliga kemikalier i stoft och gas till tvättvätskan.
Tygfilter; modell kompaktcellfilter
Kompaktcellfiltrets verkningssätt kan delas upp i fyra huvudfunktioner: grovavskiljning, finavskiljning, rensning och stoftutmatning.
Grovavskiljning
I övergången mellan inloppskanal och filterkammare tvingas rågasen till en tvär avböjning. Grövre stoftpartiklar slungas av tröghetskraften direkt ned i stoftfickan och kommer alltså inte att belasta kompaktcelléns filtermedium,
FORUM 16 : 76
Finavskiljning
Ayvskiljningsförmågan i ett spärrfilter beror på silverkan, elektrostatiska krafter och en lång rad andra faktorer, bland annat det stoft skikt som samlas på och i filtermediet. Men stoftbeläggningen öka samtidigt strömningsmotståndet för gasen. Med väl avvägd rensnin kan man nå ett optimum mellan restbeläggning och strömnings motstånd.
Filtrering
Trycklufteylinder Programverk
Från kompressor
Jnspektionslucka
Servicelucka.
Rågaskanal
Rensning
Tryckluftcylinder Programverk
Från kompressor Spjäl i
I Inspektionslucka ——X i — Rengaskanal I I 1
Servicelucka
Filtercell
Stoftficka
Stoftutmatning
Det avskilda stoftet samlas i en ficka under filterhuset. Fickan kan i princip utföras på två olika sätt. Antingen som en enda lång ficka med skruv eller som spetsfickor med separata cellmatare för varje modul.
Elektrofilter
Fig 2 1 Högspänningsaggregat. 2 Emissionselektrod. 3 Negativt laddad stoftpartikel. 4 Urladdad stoftpartikel. 5 Utfällningselektrod.
Funktion Avskiljningen sker i ett elektrostatiskt kraftfält, Principen framgår av fig. 2. Kraftfältet bildas mellan en negativt laddad emissionselektrod och en positivt laddad utfällningselektrod. Emissionselektroden har skarpa kantér eller små radier så att fältstyrkan i dess närhet blir mycket hög. Det uppträder därför så kallad stötjonisering av fasen kring emissionselektroden. Frigjorda negativa elektroner laddar upp passerande gasmolekyler till negativa gasjoner. Dessa fastnar i sin tur på stoftpartiklar som finns i gasen och laddar upp dem negativt. De negativt laddade stoftpartiklarna vandrar i det elektriska fältet mot utfällningselektroden där laddningen neutraliseras. De urladdade gasmolekylerna följer med gasströmmen, medan stoftpartiklarna hålls kvar på utfällningsytan. Elektroderna anordnas vanligen så som visas i fig. 3. Utfällningselektroderna är profilerade för att på bästa sätt hålla kvar stoftet. Emissionselektroderna är tunna stavar inspända i en ram av stålrör. Eftersom utfällningselektroderna är jordade är det endast de relativt lätta ramarna med emissionselektroderna som behöver högspänningsisoleras, Arbetsspänningen är i storleksordningen 30—50 kV. Stoftet avlägsnas från utfällningselektroderna genom ”bankning” eller vattenspolning. I det senare fallet talar man om våta elektroVänd 16
FORUM 16 - 76
Fig filter. Bankning innebär att elektroderna sätts i vibration av en hammaranordning, Det vidhäftande stoftet skakas då loss och faller ned i en uppsamlingsficka. Vid våta elektrofilter bortförs stoftet i form av slam.
Fig 1 Aågasinlopp. 2 Fördelningsplåt. 3 Högspänningsisolator. 4 Ram med emissionselektroder. 5 Utfällningselektroder. 6 Rengasutlopp. 7 Stoftutiopp.
Anläggningar där stoftavskiljare ekonomiskt motivera 1. Avsugning genom rensbord eller gol 6. Inblåsning via perforerat undertak 7. Elementbyggd rensbo 8. Sekundärkret 9. Stoftcontalne 2. Multicyklo 3. Primärfläk 4. Roterande värmeväxlare 5. Inblåsningsfläkt
Dynamiska avskiljare, vilka ofta används som bla rökgasrenare pga flera orsaker kan också under förutsättning att de projekteras och används på rätt sätt användas som avskiljare i utsugningssystem inom bla gjuteriernas renseridelar, där luftflöden i många fall är mycket stora, samt där tilluftflödet bör vara lika stort som frånluftflödet.
Avskiljaren modell multicyklon kompletteras då med en värmeåtervinningsdel, t ex en roterande värmeväxlare som överför frånluftens värme till inblåsningsluften. Värmeväxlaren överför ca 70— 75 Yo av värmen från frånluften till tilluften. Frånluftens temperatur ligger något över inblåsningstemperaturen pga det vid rensningsoperationerna alstras en del värme samt en del av fläktenergin överBår i värmeenergi p g a lufteris kompressibilitet. Ett krav för värmeväxlarens funktion är dock att frånluften renas i tillräckligt hög grad i en driftsäker avskiljare.
Exempel Frånluft 100 000 m/h t = +2490 Inblåsning 80 000 m3/h tt = +209C Utetemperatur —209C Temperaturverkningsgrad 75 “/o Ur frånluften kan tagas tillvara ca 990 Mcal/h För uppvärmning av tillutt behövs ca 960 Mcal/h Insbesparingen = uppvärmningskostnaden = ca 200 000 mk/år.
Våtavskiljare som gärna används inom metall och gjuteriindustrin kan också användas i bla blästerhallar. Luften i blästerhallarna innehåller under själva blästringen en stor stoftmängd, varför den ur bla ekologisk synpunkt bör renas före utsläpp i naturen.
Ventilations- och stoftavskiljaranläggningen kan också kombineras med en pneumatisk returtransport och vindsiktning av blästersanden. Luften kan dessutom till en del recirkuleras under förutsättning att våtavskiljaren har tillräcklig avskiljningsgrad och den tillhörande droppavskiljaren avskiljer vattnet ur frånluften.
- Blästerrum 7. Droppavskiljar 2. Pneumatisk blästersandtransport 8. Fläk 3. Grovavskiljare 9. Recirkulation, med inblås4. VindsIkt ning via ta 5. Sugtrummor 10. Ersättningsluf 6. Våtavskiljare
Inbesparingen sker i form av att värmekostnaderna för ersättnIngsluften blir minimala, dessutom behövs inga ömtåliga transportörer för sandhanteringen.
Övriga områden där rätt valda stoftavskiljare med kringutrustnin kan motiveras är bl a — järn och stålverk där stora värmemängder går förlorad — barkvindsiktar där sten och skrot avskiljs från barken och på så sätt minskar pannslitage — barktorkar där barkens fukthalter sänks och värmevärdet öka — asfaltverk och stenkrossar där en välgjord dammavsugning och avskiljning möjliggör en mer central placering av anläggningen och minskar transportkostnade — fjärrvärmeanläggningar där en effektiv rökgasrening möjliggör en central placering och därvid minskade anläggningskostnader
De ekologiska följderna av att inte installera stoftavskiljare få läsarna själva bilda sig en uppfattning om av ett filter installerat i
Brahestad. Genom filteranläggningen går ca 400 000 m/luft i tim men och filtret avskiljer ca 1200 kg/stoft i timmen. Filtret är i drif ca 8 000 h/år. Utan filteranläggning skulle enbart från denna avsug ningspunkt ca 10 000 000 kg/smuts/år dala ned över Finland.
(Anders Strandell)