UNIVERSITATEA POLITEHNIC BUCURETIFACULTATEA DE ENERGETICMetode de reinere a pulberilorFiltre textileProfesor ndrumtor:Victor CENUStudeni:Pietreanu Alexandra-LoredanaPetroianu Adrian-Mihai2011Metode de reinere a pulberilor. Filtre textile.Praful este o component important a particulelor solide suspendate n aer, care de obicei sunt invizibile individual pentru ochiul liber. Totui, colectiv, particulele mici formeaz deseori o pcl care limiteaz vizibilitatea.Trebuie remarcat c, particulele suspendate ntr-o mas dat de aer nu sunt nici toate de aceeai mrime sau form i nici nu au aceeai compoziie chimic. Cele mai mici particule suspendate au o mrime de aproximativ 0,002 m (adic 2 nm). Dei puine dintre particulele suspendate n aer au formexact sferic, conveniaestessevorbeascdetoateparticulelecafiindaa. ntr-adevr diametrul particulelor este proprietatea lor cea mai important. Din punct de vedere calitativ, particulele individuale sunt clasificate n funcie de diametrul lor n:- grosolane: dac diametrul este mai mare de 2,5 m;- fine: dac diametrul lor este mai mic de 2,5 m.nmodintuitiv, sepoatecredectoateparticuleletrebuiesasedepunrapidpesuprafaa pmntuluisubinfluenagravitaiei, ns acest lucru nuesteadevratpentru particulele mai mici. Conform Legii lui Stoke, viteza cu care particulele cad pe pmnt crete cu ptratul diametrului lor. Particulele mici cad att de ncet,nct ele sunt suspendate un timp aproape nelimitat n aer. Cele foarte mici se aglomereaz,pentru a forma particule mai mari, de obicei tot din categoria celor de mrime fin. Astfel, particulele fine rmn de obicei n aer timp de zile ntregi sau sptmni, pe cnd cele grosolane se depun destul de rapid.Prin urmare, cu ct aceste particule sunt mai fine, cu att se mprtie pe o suprafa mai mare, reducnd imisia din jurul surselor poluante (centrale electrice, fabrici de ciment etc.).Particulele au n compoziia lor concentraii mari de Al, Ca, Si i O sub form de silicai de aluminiu, dintre care unii mai conin i ionul de calciu.Coninutul organicmediual particulelor fineestengeneral mai maredect al particulelor grosolane. De exemplu, arderea incomplet a combustibililor pe baz de carbon precum crbunele, pcura, benzina i combustibilul diesel produce multe particule de funingine, care n principiu sunt cristaloizi de carbon. n consecin, una dintre principalele surse de particule atmosferice pe bazeaz de carbon, att fine ct i grosolane, sunt centralele termoelectrice clasice.Normele de protecia mediului limiteaz cantitatea de praf depus ntr-un an la nivelul solului la 200 g/m2.2Schema traseului cenuii ntr-un generator de abur cu: a arderea crbunelui pe grtar rulant; b arderea crbunelui n stare pulverizat; PAR prenclzitor de are regenerativ; EF electrofiltru.n cazul centralelortermoelectrice clasice,particulele solide coninute n gazele de ardere se compun din: cenua zburtoare, cocs zburtor i funingine.Componena particulelor din norul de praf depinde de o mulime de factori, cum ar fi:- diametrul particulelor;- distribuia mrimii (diametrului) particulelor;- forma particulelor;- viteza de sedimentare;- proprieti fizice (electrice, de aderen, de solubilitate) ale particulelor;- concentraia prafului n mediul gazos.3Alegerea tipului constructiv i dimensionarea instalaiilor de desprfuire trebuie s se realizeze n funcie de toi factorii enumerai mai sus. Astfel, se poate face o clasificare general a proceselor de separare, n funcie de diametrul particulelor.Clasificarea i procesele de separare a particulelor solide din mediile bifazice (praf-gaz)Se observ c filtrele de separare cu saci au o larga gama de filtrare a cenuii, de la 0,1 pn a 100 m.Amestecurile bifazicepraf-gazsunt instabilei tindssesepareu, ntimp, nceledou componente. Factorii activi, principali, care provoac aceasta instabilitate, sunt:- fora gravitaional: sub aciunea creia particulele solide se separ repede n fluide aflate n repaus;- micarea brownian: datorit creia particulele mici au tendina s coaguleze, formnd particule mai mari i s accelereze astfel procesul de sedimentare;- fora de inerie: care duce la separarea componentei solide din componenta gazoas, ori de cte ori apar variaii de vitez, ca mrime i sens;4- cmpul electric: subaciuneacruiaparticuleledepraf sencarcelectrici pot fi astfel separate din curentul de gaze, cu ajutorul unor separatoare, ce au polaritate electric de sens opus.Instalaiile folosite pentru descenuarea gazelor de ardere se mpart n patru mari grupe:- separatoare de baz de fore masice;- separatoare umede- separatoare electrice- separatoare cu medii filtrante.Construcia separatoarelor cu medii filtranteScurt istoricn S.U.A., filtrele textile sac au fost instalate pentru prima dat la nceputul anului 1970. Pn n anul 1984 s-au echipat cu astfel de filtre circa 150 de centrale termice. Rezultatele mulumitoare au condus la creterea continu a produciei acestor filtre.n Germania, filtrele textile pentru curirea gazelor de ardere sunt mai puin rspndite.Pn n anul 1996, n Romnia, n domeniul termoenergetic, nu se cunoate o aplicaie practic a filtrelor sac.Principiu de funcionarePentru desprfuirea gazelor de ardere, alturi de electrofiltre, se folosesc i filtre din esturi.Separatoarele cu medii filtrante utilizeaz un material poros, care s rein particulele de praf, atunci cndestestrbtut dectregazul brut. Camaterialefiltrantesefolosescesturi dinfibre sintetice sau naturale, precum i umpluturi din materiale fibroase, grunoase sau ceramice.Filtrele au saci confecionai din fibr de sticl acoperit cu teflon, pentru a rezista condiiilor vitregedelucru. Cutoatecasemeneainstalaii realizeazungradnalt deseparare(99,9%), indiferent de mrimea particulelor de praf, rspndirea lor este frnat de dificultile de realizare i exploatare a elementelor filtrante.Elementul filtrant al acestor instalaii aredeobicei, formaunui sac, motivpentrucares-a rspndit denumirea de filtre cu saci. Utilizarea lor n energetic este indicat atunci cnd electrofiltrele nupot asiguragradul dereinereimpus delegislaianvigoaresaudevinfoarte costisitoare. Unastfel decazdentlnetelaardereahuilelor cuunconinut mai micde1%. 5Rezistivitatea electric a particulelor de cenu rezultate depete valoarea de 1013 cm, deci este cu mult peste limita critic.n aceast situaie, proiectantul instalaiei de filtrare a gazelor de ardere poate opta pentru una dintre urmtoarele soluii:- prima soluiei este din domeniul desprfuirii electrice i const n condiionarea gazelor, prin insuflare de SO3, nainte de intrarea acestora n electrofiltru;- adouasoluiei constnfolosireafiltrelor cusaci, confecionat dinesturi speciale. Ele prezint o rezisten bun chiar n condiii grele de funcionare, n care lucreaz.Alegereauneia sau alteia dintre soluiile de mai sus trebuie sa fie justificat printr-un calcul tehnico-economic, care s confirme opiunea proiectantului.Desprfuirea gazelor de ardere n filtrele cu saci se realizeaz prin efectul de sit, care oprete particulele mari de praf, chiar la suprafaa esturii. Particulele mici de praf ptrund n estur, dar sunt reinute prin cumularea efectului forelor de inerie, de difuziune i electrostatice.Gradul de separare a prafului n filtrele cu saci depinde, n principal, de urmtorii parametrii:- mrimea particulelor de praf;- proprietatea prafului de a fi aderent (lipicios), n stare umed sau uscat;- coninutul de praf n gazul brut;- proprietile materialului filtrant;- de colmatarea n timpul funcionrii;- temperatura gazului.Aceti parametri determin valoarea ncrcrii specifice a suprafeei filtrante, ce se exprim n m3/h/m2, respectiv valoarea vitezei (sau debitului) de trecere. Aceste valori influeneaz in mod direct asupra dimensiunilor filtrelor.Dependena gradului de filtrare de sarcin specific a suprafeei filtrante.6Temperatura gazelor de ardere influeneaz foarte mult performanele filtrului:a) creterea temperaturii determin mrimea vscozitii gazelor i conduce la scderea gradului de separare;b) scderea temperaturii sub valoarea punctului de rou determin astuparea porilor materialului filtrant, datorit blocrii lor prin lipirea particulelor de praf. Ca urmare, crete cderea de presiune la traversarea filtrului a gazelor de ardere iar filtrul trebuie nlocuit.c) dac temperatura crete prea mult, se poate distruge materialul filtrului ntr-un timp relativ scurt.Marjafoartelargncaresepotplasavalorilegradului defiltrare seexplicprininfluena calitii prafului i aconinutului deprafngaze. Pentruunfiltrudat, mrireadebitului degaze conduce la micorarea gradului de filtrare.Odat cu separarea prafului din gazele de ardere, pe suprafaa filtrant se formeaz un strat de praf, care se ngroa continuu i care preia, din ce n ce mai mult, funcia de filtrare a gazelor. n acelai timpcucretereagrosimii stratului deprafdepus, semretepierdereadepresiune, deci rezistena gazodinamic a filtrului. Din acest motiv este necesar s se ndeprteze stratul de praf de pe suprafaa esturii. Numai procedndnacest mod, sepoatepstra la cote raionale consumul energetic necesar transportului de gaze prin filtru.Procesul dendeprtareaprafului depuspe suprafaa filtrantse numete decolmatare ise realizeaz, fie pe cale mecanic, prin scuturare, fie pe cale pneumatic. Dup decolmatare, pierderea de presiune se reduce, fr ns a mai revenii la valoarea iniial. Praful depozitat n materialul filtrant nu se poate ndeprta.Din acest punct de vedere, funcionarea filtrelor din esturi este nestaionar.Funcionarea nestaionar a filtrului din esturi.7Intervalul de timp dup care se efectueaz scuturarea filtrului este deosebit de important pentru gradul de filtrare, fapt ce se poate analiza n figura de mai jos.Dependena coninutului de praf n gazul brut i filtrat la intervalul dintre dou curiri succesive.Pentru aceeai concentraie a prafului n gazul brut, coninutul de praf n gazul filtrat este cu mult mai mare, dac scuturarea filtrului se face dup un interval de 10 min, comparativ cu situaia n care scuturarea s-ar face dup 100 de minute sau deloc.Metode constructiven funcie de direcia n care gazul brut traverseaz peretele sacilor (din interior spre exterior sau invers), se cunosc doua variante constructive:I.n figura de mai jos este reprezentat schematic unitatea de baz a unui separator de praf de tip camer cu filtre sac. Circulaia gazului brut decurge de la interior spre exteriorul sacului.8Separator de praf de tip camer, avnd circulaia gazelor dinspre interior spre exterior:1 dispozitiv de evacuare a prafului; 2 sac; 3 dispozitiv oscilant de scuturare; 4. 9 dispozitiv de suspendare cu arcuri; 5, 7, 13, 14 ventil; 6, 12 racord de ieire i intrare a gazelor; 8 suflant; 9, 11 conduct; 10 schimbtor de cldur;Sacii au diametre de circa 300 mm i lungimi de circa 10 m. Ei sunt dispui pe mai multe rnduri i ntini cu arcuri. Gazele de ardere, ncrcate cu praf de cenu, strbat sacii dinspre interior spre exterior. Praful se depune astfel pe suprafaa interioar a sacului. Gazul desprfuit prsete filtrul prin partea sa superioar, pentru poziiile deschis ale ventilelor 5 i nchis ale ventilelor 13.Decolmatarea sacilor se face dup deconectarea unei camere de filtrare, prin nchiderea ventilului7ideschidereaventilului 14. Gazul de splare este mpins de suflanta 8, prin conducta 9. Gazul de splare intr cu vitez mare dinspre exteriorul spre interiorul sacilor colmatai i disloc praful depus.Praful dislocat cade aproape n totalitate n plnia de evacuare. Praful totui antrenat de gazul de splare ajunge dinnou n camera de filtrare,aflat n funciune, fiind reinut de aceasta.9Decolmatarea sarcinilor este parial realizat prin scuturarea mecanic a sacilor. Mecanismul descuturareconstntr-uncadrususpendat, elastic, carevibreaz, nurma impulsurilor orizontale periodice, pe care le primete.Curirea filtrului se face din 20 n 20 de minute sau chiar odat la mai multe ore de funcionare, funcie de valoarea maxim admis pentru rezistena gazodinamic. Operaia de curire dureaz ntre 1 i 5 minute, dup care se reia funcia normal.La pornirea instalaiei trebuie sa se evite rcirea gazelor pn la punctul de rou. De aceeaserealizeazonclzireafiltrelor printr-uncurentdeaer desplare, ceafost n prealabil nclzit nschimbtorul decldur10, intercalat ntresuflanta8iracordul de intrare 12.Cuplndu-semai multeuniti debaz, caceaprezentatmai sus, sepot obine suprafee filtrante de pn la 40.000 m2, ce ar putea filtra debite de 2.000.000 m3/h.II.n figura de mai jos se prezint schema unui separator cilindric nzestrat cu filtre tip sac, avnd circulaia gazelor dinspre exterior spre interior.Separator cilindric de praf cu filtre sac, avnd circulaia gazelor dinspre exterior spre interior:101 plac de susinere; 2 schelet de susinere; 3 sac filtrant; 4 plnie de praf; 5 dispozitiv celular de evacuare a prafului; 6, 7 racord de intrare i ieire a gazelor; 8 ajutaj; 9 ventilator; 10 dispozitiv de antrenare; 11 colector-distribuitor rotativ.Sacii sunt dispui inelar i sunt trai peste un schelete de susinere din srm, fixat cu partea superioar ntr-o plac. Lungimea sacilor este de pn la 3,5 m, iar diametrul lor este de aproximativ150 mm. Gazul brut intr n plnia de praf, ptrunde in interiorul sacilor, strbate pereii acestora i, desprfuit, se ndreapt spre racordul de evacuare, dispus n partea superioar a separatorului.Decolmatareasacilor sefacecuuncurent degazecuritedepraf. Acesteasunt aspirate de ventilator i refulate spre colectorul-distribuitor rotativ, prevzut cu ajutaje pentru fiecareinel concentricdesaci. Gazul prseteajutajelecuvitezridicat, determinnd ntinderea sacilor. Aceast ntindereprovoac desprinderea prafului, carecareastfel n plnie.Decolmatarea continu, care se realizeaz prin procedeul deschis, face ca pierderea de presiune la traversarea gazelor prin filtru sa fie sczut, situndu-se, de regul, ntre 50 i 80 Pa.n figura de mai jos este prezentat seciune unui sac printr-un filtru sac, n faza de filtrare i faza de decolmatare.Fig. 2.46. Seciunea printr-un filtru sac.a perioada de filtrare; b perioada de decolmatare1 schelet de susinere; 2 pnz de sac.Acest tip de separator cilindric cu filtru sac se realizeaz cu suprafee de filtrare de pn la 3.000 m2. Vitezele de trecere a gazelor sunt cuprinse ntre 2 pn la 7 cm/s, n funcie de mrimea particulelor de praf.11n figura de mai jos se prezint viteza de trecere a gazului prin elementele filtrante ale unui separator cilindric cu filtre sac, n funcie de mrimea particulelor de praf.Viteza de trecere a gazului prin elementele filtrante ale unui separator cilindric cu filtre sac, n funcie de mrimea particulelor de praf.Exemplu de calcul al filtrelor sacS se predimensioneze instalaia de filtre cu saci pentru un grup energetic cu puterea P = 25 MWe, dac se cunosc urmtoarele caracteristici:- randamentul cazanului:84 , 0 c;- randamentul de transport al conductelor: 98 , 0 cond;- randamentul termic al ciclului: 36 , 0 t;- randamentul mecanic: 99 , 0 m;- randamentul generatorului: 98 , 0 G;- compoziia elementar a crbunelui:% 2 , 35 iC ;% 3 iH ;% 3 , 1 icS ;% 4 , 13 iO ;% 7 , 0 iN ;% 8 , 31 itW ;% 6 , 14 iA- temperatura gazelor la co: C tgc 160;- coninutul de umiditate al aerului: kg g d / 10 aer uscat;- coeficientul excesului de aer la co: 5 , 1 c;- arderea crbunelui n stare pulverizat, cu evacuarea cenuii din focar n stare pulverulent;- desulfurarea gazelor se realizeaz prin injecie de praf de calcar n focar.Rezolvare:Puterea calorific inferioar, raportat la proba iniial:12kg kJW SOH C Hiticii i ii/ 12728 318 , 0 2500 013 , 0 104508134 , 003 , 0 117085 352 , 0 338002500 104508117085 33800 + ,_

+ +1]1

,_

+ Oxigenul minim necesar arderii perfecte este:kg mS OH C ON/ 7405 , 08013 , 0 134 , 003 , 0 3 352 , 01241 , 22831241 , 223min1]1

,_

+ 1]1

,_

+ Aerul minim necesar arderii este: kg mOLN/ 5262 , 321 , 07405 , 05 , 121 , 03 min Procesele arderii perfecte sunt:- cantitatea de dioxid de carbon:kg m C VN CO/ 65736 , 0 352 , 11241 , 221241 , 2232 - cantitatea de dioxid de sulf:kg m S VN SO/ 0091 , 0 013 , 03241 , 223241 , 2232 - cantitatea de oxigen liber:( ) ( ) kg m O VN c O/ 37025 , 0 7405 , 0 1 5 , 1 13min 2 - cantitatea de azot:kg m O N VN c N/ 1785 , 4 7405 , 0 5 , 121 , 079 , 0007 , 0 8 , 021 , 079 , 02841 , 223min 2 + + - cantitatea de vapori de ap:kg md LW H VNO Ha ct O H/ 81712 , 0804 , 0 100010 293 , 1 5262 , 3 5 , 1318 , 0 245 , 1 03 , 0 205 , 111000 1841 , 22241 , 2230202 + + + + Prin nsumare se obine cantitatea de gaze total:kg mV V V V V VNO H N O SO CO gt/ 03236 , 681712 , 0 1785 , 4 37025 , 0 0091 , 0 65736 , 032 2 2 2 2 + + + + + + + + Coninutul de praf n gazul brut este:( ) ( )3 1/ 0468 , 13273273 16003236 , 61000 1 , 0 1 146 , 0 95 , 02732731000 1m gtVa A xmcgtap+ + 13Unde, xa este partea de cenu antrenat de gazele de ardere care prsesc focarul, egal cu 0,95; a1 cota parte de cenu separat din gaze i colectat n drumul al doilea de gaze, egal cu 0,1.Consumul specific de cldur se calculeaz cu relaia:8631 , 298 , 0 99 , 0 36 , 01 1 G n tq Din expresia fluxului total de cldur:ii cond c qH B P Q , rezult consumul de combustibil:s kgHq pBii cond c/ 83 , 612728 98 , 0 84 , 08631 , 2 25000 Debitul gazelor de ardere este:( ) min / 886 , 3920 / 348 , 65273273 16003236 , 6 83 , 02732733 3m s mtV B Vcgtgc + + Dac se alege sarcina suprafeei filtrante:min / 1 , 12 3 m mSVFg, rezult suprafaa total a filtrului:244 , 35641 , 1886 , 39201 , 1mVSgF Suprafaa filtrant a unui sac cu = 0,3 m i h = 9 m, fiind:2478 , 8 9 3 , 0 m Asac , rezult numrul necesar de saci:bucASnsacF420478 , 844 , 3564 Viteza de traversare a gazelor prin suprafaa filtrant este:s cmA nVwsacg/ 835 , 1478 , 8 42010 348 , 65 102 2ConcluziiSeparatoarele de praf trebuie astfel construite i exploatate, ntruct s se realizeze un consum minim de energie i un grad de separare ct mai ridicat, n condiii de fiabilitate maxim.Mrimea particulelor de praf i gradul de separare pentru diferite tipuri de separatoare de praf sunt n strns corelaie.14n tabelul de mai jos se indic valori orientative cu privire la gradul de separare, dependent de mrimea particulelor de praf, pentru mai multe tipuri de separatoare de praf.Mrimea particulelor de praf i gradul de separare pentru diferite tipuri de separatoare de praf.Dac se are n vedere problema descenurii gazelor de ardere, comparnd datele din tabelul de mai sus, se poate trage concluzia c pentru obinerea concentraiei prafului de 50 mg/m3N n emisie n gazele de ardere, singurele instalaii capabile de aceste performane sunt electrofiltrele i filtrele cu saci.Gradul de reinere este ridicat de peste 99%, chiar i pentru particulele mici, avnd diametrul sub 1 m.15Bibliografie:1. Soluii moderne de depoluare a aerului, Prof. dr. ing. Gheorghe LAZROIU, Editura Agir, Bucureti 2006;2. Protecia atmosferei mpotriva polurii, Prof. dr. ing. Gheorghe LAZROIU, Editura Printech, Bucureti 1998;3. Termoenergetica i mediul Msuri pentrureducerea polurii mediului datorit arderii combustibililor clasici, Conf. dr. ing. Ioana IONEL, Prof. dr. ing. Cornel UNGUREANU, Editura Tehnic, Bucureti 1996;16