Ugrás a tartalomhoz

"B" Tételű modul - Fenntartható mezőgazdasági rendszerek és környezettechnológia

Szaktudás Kiadó Ház ZRt. (2008)

Szaktudás Kiadó Ház ZRt. a TÁMOP 4.1.2 pályázat keretein belül

12. fejezet - 12.A porok, aeroszolok, szennyezett gázok leválasztásának módszerei.

12. fejezet - 12.A porok, aeroszolok, szennyezett gázok leválasztásának módszerei.

Tartalom

A por keletkezése elsősorban ipari tevékenységhez kötődik (cementgyártás, kohászat, ércfeldolgozás stb.), de helytelenül vagy kedvezőtlen körülmények között folytatott mezőgazdasági tevékenységből is származhat (defláció). Az aeroszolok gáznemű közegben finoman elosztott szilárd vagy cseppfolyós részecskék együttes rendszere.

Porok és aeroszolok

A por finom eloszlású szilárd anyag a szemcsék átmérője nagyobb, mint 10 μm, gyorsan ülepszik (gravitációsan), az emisszióforrás közelében legnagyobb szennyeződést, nagy ülepedési sebességük miatt ülepedő poroknak vagy szedimentumoknak is nevezik. Csoportosításuk:

  • finom eloszlású szilárd anyag a szemcsék átmérője nagyobb, mint 10 μm

  • gyorsan ülepszik (gravitációsan)

  • az emisszióforrás közelében legnagyobb szennyeződést

  • nagy ülepedési sebességük miatt ülepedő poroknak vagy szedimentumoknak is nevezik.

A por keletkezése elsősorban ipari tevékenységhez kötődik (cementgyártás, kohászat, ércfeldolgozás stb.), de helytelenül vagy kedvezőtlen körülmények között folytatott mezőgazdasági tevékenységből is származhat (defláció).Források:

  • energiaipar -> pernye, korom

  • kémiai ipar -> fémoxidok, szulfát,klorid stb.

  • kohászat -> ércpor, fémoxidok

  • közlekedés -> szálló por mezőgazdaság -> terménypor, talaj

Az aeroszol állag szerint lehet finom por (csak szilárd szemcséket tartalmaz), füst (szilárd és folyékony anyagok diszperz rendszere) és köd (csak cseppfolyós anyagokból áll). Méretük szerint:

  • d kisebb, mint 0,3 μm (Aitkens tartomány)

  • Jellemzőjük: akkumulálódnak, koagulálódnak, gázmolekulaként mozognak, felületen kötődnek, kondenzációs magokat képeznek.

  • 0,3 kisebb, mint d kisebb, mint 3 μm (Akkumulációs tartomány) Jellemzőjük: koaguláció révén jönnek létre, Brown-féle mozgást végeznek, csapadékképződéssel távoznak. Ez tartózkodik legtovább a légkörben.

  • d > 3. μm (Durva szemcse) Jellemzőjük: makroszkopikus testek aprózódásával keletkeznek, ülepedik.

Az aeroszolok eloszlásuk szerint lehetnek nukleáris, akkumulációs és durva eloszlásból származóak, szervetlen (Si, Fe, Mg, Ca) és kondenzálódó anyag (SO42-, NO3-) összetevőket tartalmaznak.

Szilárd anyagok leválasztása

A porleválasztás okai közé értékes termék kinyerése (pl. nehézfémpor), technológiai szükséglet, biztonsági okok (pl. fűrészpor a levegőben -> gyulladás), környezetvédelmi okok tartoznak. A porleválasztás elve a porleválasztó fala és a porszemcsék közötti tapadás, amely a van der Waals erőknek, kapilláris kondenzációnak és a, Coulomb erőnek köszönhető. A leválasztás eredményességét a leválasztási hatásfokkal jellemezhetjük, amely megadja, hogy a leválasztó-térbe kerülő por tömegáramnak hány százaléka marad a leválasztóban:

Σ=m1/me*100

ahol

m1: leválasztott tömegáram (kg/h)

me: tömegáram a leválasztó előtt (kg/h)

Por leválasztás módszerei

Ülepítőkamrák vagy porkamrák:

A porkamrák a legegyszerűbb porleválasztó berendezések. A nagyméretű készülékbe belépve a tisztítandó gáz vg sebessége erősen lecsökken, miközben a magával szállított por nagyobb szemcséi kiülepednek. A leválasztók általában vízszintes elrendezésű, belül üres, hasáb alakú testek, a kellő sebességcsökkentés érdekében nagy térfogattal rendelkeznek.

A porkamrák az 50–100 µm átmérőjű szemcsék leválasztására alkalmasak, az ennél kisebb átmérőre a készülék leválasztási hatásfoka rohamosan csökken. A kis portalanítási fokuk miatt csak durva-vagy előleválasztóknak alkalmazzák őket.

A lecsökkent áramlási sebesség lehetővé teszi a durvább por kiülepedését Egyszerű, olcsó, de hatásfoka legfeljebb 50%, ezért többnyire előválasztóként használják.

Irányváltásos leválasztok:

A porkamrák hatékonysága fokozható terelőlemezek beépítésével, amelyek a levegőt irányváltoztatásra kényszerítik, és az így kialakuló centrifugális erő fokozza a leválasztás intenzitását. A betétlapokkal ellátott porkamrák a 30–60 µm-es szemcsék leválasztására is alkalmasak. A porkamrák előnye az egyszerű szerkezet, a kis beruházási és karbantartási költség, az áramlással szembeni csekély ellenállás, továbbá az, hogy a hőmérséklettel és a korrózióval kapcsolatban csak a szerkezeti anyagok szabnak határt.

Ha a leválasztótérben nemcsak a hordozógáz sebességét csökkentjük, hanem különböző betétekkel irányváltoztatásra is kényszerítjük a gázt, a porkamrák hatásosságát fokozni tudjuk. Irányváltozás hatására a szemcsék nagyobb tehetetlenségük miatt igyekeznek megtartani eredeti irányukat, a terelőlapoknak ütközve kiválnak a gázáramból

Irányváltásos porleválsztó készülékek

Ciklonok

A szennyezett gáz nagy sebességgel áramlik be, a terelőlapok spirális, örvénylő mozgásra kényszerítik, a részecskék a centrifugális erő hatására a falnak ütköznek és kiválnak. Mivel a centrifugális erő az örvénycső átmérőjével fordítottan arányos, ezért kisebb átmérőjű csöveket célszerű alkalmazni, melyek párhuzamos kapcsolásával a teljesítmény a szükséges mértékben növelhető. -> multiciklon.

Az egyszerű ciklonok jó hatásfokkal az 50 µm-es szemcséket választják le. A multiciklonok 10 µm-es, az örvénycsövek pedig 5–10 µm-es szemcsék leválasztására is alkalmasak. A fejlesztések során az egyszerű ciklonhoz viszonyítva a multiciklonok leválasztó képessége annyira megjavult, hogy sok esetben versenyképes volt az elektrosztatikus leválasztókkal is. Ekkor azonban előtérbe kerültek a hátrányos tulajdonságok, a gázárammal szembeni nagy ellenállás, és a nagy sebességű porrészecskék igen erőteljes koptató hatása

Porleválasztás ciklonban

Aeroszolok leválasztása

Szűrés

A tisztítandó gázt porózus anyagon vezetik át, amelyeken a porok visszamaradnak a szűrőréteg rácshatása, tehetetlenségi és elektromos erők következtében. A szűrőréteg lehet szövet (természetes-gyapot, kender; mesterséges->PVC, poliamid, poliészter, teflon). Tömlős kialakításnál a szűrőszövetből különféle hosszúságú és átmérőjű, tömlő alakú szűrőt készítenek. A tömlőt gyakran úgy merevítik ki, hogy a belsejébe támasztógyűrűket varrnak mégpedig elsősorban a szennyezett levegőnek kívülről a szűrőtömlőbe való áramlása esetén. A tömlő hosszának és átmérőjének aránya többnyire 15–25 között mozog.

Táskás kialakításkor a szövetet lapos, téglalap vagy ék alakúra képezik ki. Ezekben az esetekben gyakorlatilag mindig használnak támasztó merevítőket, ami lehetővé teszi, hogy a gáz kívülről a táskába, innen pedig a tiszta oldalra jusson.

Szűrőréteg lehet rostos anyag ül. laza vagy zsugorított szemcsés anyag.

A porréteg eltávolítása a szűrőelemek kopogtatásával, vibráltatásával, lengetésével vagy sűrített levegővel történő ellenáramú öblítéssel valósítható meg. A legjobb hatásfokú tisztítást a vibráltatás és az ellenáramú öblítés kombinációja eredményezi. A folyamatosan üzemelő szűrő ellenállása a tisztítási periódus végén magasabb marad, mint a teljesen új, tiszta szűrőszöveté. A szűrő felületén ugyanis mindig marad egy porréteg, amely tisztításkor nem távolítható el. Ez a porréteg, bár növeli a szűrőszövet ellenállását, optimális esetben a szűrési hatásfokot javítja

Elektrosztatikus leválasztok

A gáz elektromos erőtéren halad keresztül, ahol a porrészecskék feltöltődnek és az ellentétes töltésű elektródok felületén lerakódnak, ahonnan időközönként el kell távolítani.

A leválasztott porréteget száraz vagy nedves eljárással távolítják el.

Az elektrosztatikus porleválasztó igen kis szemcseméretű, szilárd és cseppfolyós halmazállapotú részecskék leválasztására alkalmas, mivel az alkalmazott fizikai elv nem állít korlátokat a leválasztandó részecskék finomsága iránt.

Kén-trioxid, kénsav vagy ammónia vivőgázba juttatása ugyancsak növeli a porleválasztás hatásfokát. A kén-trioxid a fajlagos ellenállást csökkenti. Az ammóniát nagy kéntartalmú, szenek füstgázában lévő pernye fajlagos ellenállásának növelésére használják.

A kondícionáló gázokat olyan koncentrációban alkalmazzák, hogy a por teljes mértékben adszorbeálja azokat, a portól már megtisztított véggázban ne jelenjenek meg, mint gázszennyezők. A gázokat ezért 15–30 ppm körüli koncentrációban juttatják a tisztítandó gázba.

Az elektrosztatikus porleválasztót jó leválasztási hatásfoka, megbízható működése és olcsó üzemeltetési költsége alapján igen széles körben alkalmazzák. A széntüzelésű erőművek pernyeleválasztásra kizárólag elektrosztatikus leválasztót használnak. Valamennyi hulladékégetőnél gáztisztításra elektrosztatikus leválasztót is alkalmaznak.

Cementgyártásnál, timföld előállításakor, vas-és acélgyártásnál, színesfém-és papíriparban az elektrofiltert előszeretettel használják porleválasztásra.

Nedves leválasztok

A porszemcséket folyadékkal nedvesítik, aminek hatására azok a mosófolyadékhoz kötődve eltávoznak a gázfázisból.

A nedves porleválasztás legnagyobb előnye, hogy megfelelően megválasztott mosófolyadékkal a szilárd és gázalakú szennyező komponensek eltávolítása, azaz a porleválasztás és az abszorpciós eljárás, egy lépésben megvalósítható. Tűz– és robbanásveszélyes poroknál, illetve amikor a hordozó gáz tűz-és robbanásveszélyes, kizárólagosan a nedves porleválasztás alkalmazható. A nedves leválasztó berendezés beruházási költsége és helyigénye kisebb, mint az ugyanolyan leválasztási hatásfokkal rendelkező száraz porleválasztóé.

A nedves leválasztó berendezés hátránya, hogy a levegő szennyező komponensei a gáztisztítás során a folyadék fázisba kerülnek. A folyadék további tisztításáról tehát gondoskodni kell. Hátránya továbbá hogy a nedves gáztisztító készülékek üzemeltetési költsége magasabb, mint az ugyanazon hatásfokú száraz porleválasztóé, valamint az, hogy télen a szabadba telepített készülék lefagyhat.

Mosótornyok

  • Porlasztásos készülékek

    A legegyszerűbb leválasztó, a tisztítandó és hűtendő gázt a torony alján tangenciálisan vagy radiálisan vezetik be a készülékbe. A toronyban a gáz ellenáramban halad a torony felső részén beporlasztott vízcseppekkel. A gáz áramlási sebessége a toronyban 1–3 m/s. Előleválasztásra alkalmas.

  • Töltetes tornyok

    A locsolt töltetrétegben a gáz sokszoros sebesség és irányváltoztatásra kényszerül. A mosófolyadékkal érintkezve az abszorpción és a gáz hűtésén kívül a szilárd és folyékony légszennyezők leválasztódása is végbemegy. Portalanításra a gyakori eltömődés miatt csak igen ritkán alkalmazzák. A gáz áramlási sebessége a készülékben 1–2 m/s.

  • Dinamikus vagy örvény mosók

    A poros gázt nagy sebességgel folyadék-felszínnek ütköztetik, miközben egy előleválasztódás játszódik le. Kedvező hidrodinamikai körülmények között a folyadékrétegben csatorna alakul ki, amelyben igen intenzív a keveredés. Ebben az örvénytérben nedvesedik és válik le a porszemcsék döntő hányada. A gázsebesség az örvényzónában 1–2 m/s.

  • Rotációs mosók

    A rotációs mosókban a folyadékcseppek létrehozásához és a mosófolyadéknak a gáz-por diszperz rendszerrel való intenzív keveredéséhez forgó szerelvényeket alkalmaznak. A gázsebesség a leválasztóban széles határok között ingadozhat.

  • Tányérostornyok

    A poros gáz és a folyadék érintkeztetése különböző perforációkkal ellátott tányérokon valósul meg. A tányéron dinamikus, állandóan megújuló habréteg alakul ki nagy érintkezési fázisfelülettel és igen jó keveredéssel. Ebben az intenzív habrétegben történik meg a por kiválása a gázból. A gáz lineáris sebessége a berendezésben 0,5–3,5 m/s.

  • Venturi-mosó

    A Venturi-mosó tulajdonképpen egy konfúzorból, torokból és egy diffúzorból áll. A mosófolyadékot a torokban vagy a torok előtt vezetik be a poros gázáramba.

    A gázsebesség a torokban 50–150 m/s-ot is elérhet. Itt a bevezetett mosófolyadékból a gáz és a folyadék közötti nagy sebesség-különbség révén sűrű, ködszerű folyadékfátyol jön létre, amelyben igen intenzív a keveredés. Ebben a részben történik meg a szilárd szemcsék leválasztása. A diffúzorban a sebességcsökkenés eredményeként a köd nagyobb cseppekké áll össze, amelyeket a Venturi-cső után egy ciklonban választanak le a hozzájuk kapcsolódó szilárd részecskékkel együtt.

Nedves porleválasztó berendezések