Nowe rozwiązania minimalizujące zapylenie

Jak oczyścić zapylone gazy?

Podczas procesów przemysłowych generowane są różnego rodzaju drobiny, a ich usunięcie odbywa się za pomocą specjalnych instalacji odpylających. Zapylone gazy mogą być oczyszczane na sucho lub na mokro. Do odpylaczy suchych zaliczamy: odpylacze grawitacyjne (komory osadcze), odśrodkowe (cyklony), inercyjno-grawitacyjne i filtracyjne oraz koncentratory. Natomiast mokre odpylacze (płuczki, skrubery) wymagają kontaktu zanieczyszczonego gazu z cieczą i do nich zaliczane są odpylacze natryskowe, uderzeniowo-inercyjne i Venturiego¹.

Komory osadcze to komory podłączone do wylotu rury transportującej gazy odlotowe. Na dno komory lub na półki umieszczone wewnątrz komory opadają zawieszone cząstki pod wpływem siły grawitacji. Choć odpylanie przy użyciu komór jest mało skuteczne, nadal są one powszechnie stosowane do oczyszczania zapylonych gazów. Najczęściej stanowią pierwszy element systemu odpylania gazów, ponieważ nie wymagają ochładzania gazów i usuwają cząstki o największych rozmiarach, dzięki czemu dalsze elementy systemu odpylającego są odciążone i nienarażone na zapchanie przez tzw. drobiny grube. Komory osadcze stosowane są m.in. w metalurgii żelaza i metali kolorowych, cementowniach i zakładach przeróbki surowców mineralnych.

Jednym z najczęściej stosowanych typów odpylaczy są cyklony. Mają one zazwyczaj kształt walca o mniejszej średnicy przy wlocie zanieczyszczonego gazu i większej przy wylocie oczyszczonego gazu. Cząstki gazu wprowadzone do cyklonu zaczynają poruszać się ruchem spiralnym. Pod wpływem działania siły odśrodkowej cząstki pyłów uderzają o ścianki cyklonu i tracą swój pęd, po czym opadają grawitacyjnie. Cyklony mogą występować pojedynczo, ale najczęściej łączy się je w baterie tych urządzeń, aby podnieść efektywność odpylania².

Odpylacze inercyjno-grawitacyjne wykorzystują jednocześnie siły grawitacji i bezwładności. Wprowadzany do komory gaz jest kierowany na przegrodę, co wywołuje zmianę kierunku przepływu i opadanie cząstek na dno komory osadczej. Tego typu odpylacze są instalowane np. w rurociągach gazowych.

W koncentratorach cząstki pyłów zatrzymywane są na specjalnych przegrodach znajdujących się w komorze urządzenia. Pełnią one dwie funkcje w instalacji oczyszczania gazów. Poza swoją podstawową rolą wykorzystuje się je do separacji gazów o zróżnicowanej średnicy cząstek zawieszonych. Wówczas rozdzielone frakcje są kierowane do urządzeń dedykowanych do odpylania cząstek o określonej średnicy.

Odpylacze filtracyjne

Drugim typem najczęściej stosowanych odpylaczy są odpylacze filtracyjne. Gwarantują one bardzo wysoką skuteczność eliminacji zanieczyszczeń. Cykl pracy odpylaczy filtracyjnych obejmuje proces filtrowania oraz proces regeneracji przegrody filtracyjnej. Zasada działania tego rodzaju odpylaczy polega na zatrzymywaniu cząstek pyłów na porowatej przeszkodzie. W zależności od rodzaju przegrody wyróżniamy: filtry warstwowe (filtr – warstwy metalowych lub ceramicznych kul), tkaninowe, zwane tez workowymi (filtr – tkanina, bibuła), włókniste (filtr – maty, siatki) i elektrostatyczne (elektrofiltry).

Elektrofiltry zbudowane są z dwóch elektrod (do których doprowadzone jest wysokie napięcie), pomiędzy którymi przepływa strumień wcześniej naładowanego gazu. Na skutek przyciągania elektrostatycznego cząstki migrują do odpowiednich elektrod, gdzie się „rozładowują” i wypadają. Elektrownie i elektrociepłownie korzystają właśnie z elektrofiltrów, ponieważ gwarantują one niemal 99,8-procentową skuteczność usuwania pyłów¹.

Najprostszej konstrukcji odpylacz mokry to odpylacz natryskowy zbudowany z komory, w której umieszczony jest natrysk z dyszami. Ciecz może przepływać przeciwprądowo, współprądowo oraz krzyżowo przez strumień gazu. W następstwie zderzeń między cząstkami cieczy i pyłów cząstki stałe przechodzą do fazy ciekłej. Inną odmianą płuczek są odpylacze uderzeniowo-inercyjne, w których strumień gazu uderza o powierzchnię cieczy, po czym zmienia kierunek przepływu i cząstki pyłów osadzają się na dnie komory, tworząc zawiesinę. Ostatni z wymienionych rodzajów odpylaczy mokrych to odpylacz Venturiego. Odpylacz ten jest zbudowany z rury Venturiego, której zadaniem jest przyśpieszenie strumienia gazów. Następnie gaz jest spryskiwany cieczą o bardzo małej średnicy kropel, a na skutek zderzeń cząstek cieczy i pyłu cząstki stałe tracą pęd i opadają na dno komory³.

Odpylacze mokre charakteryzują się często wyższymi kosztami eksploatacji niż odpylacze suche, co jest spowodowane zużyciem wody i koniecznością odprowadzenia ścieków. Z drugiej strony płuczki schładzają gaz, minimalizując ryzyko pożaru i wybuchu, oraz umożliwiają skuteczne usunięcie cząstek o najmniejszej średnicy.

Do działań wspomagających minimalizację zapylenia można też zaliczyć zwiększenie sprawności urządzeń przemysłowych i palenisk domowych, stosowanie surowców i paliwa o większej czystości (np. uzdatnianie paliw i surowców, przejście na odnawialne źródła energii, wprowadzenie dodatków zmniejszających zapylenie w procesach technologicznych). Pośrednio również termoizolacja może pomóc w redukcji zapylenia powietrza, ponieważ budynki o lepszej izolacji cieplnej wymagają mniejszych nakładów energetycznych na ogrzanie, a w dużej skali wiąże się to ze zmniejszeniem ilości wytwarzanej energii.

Jakość powietrza wewnętrznego

Powietrze w pomieszczeniach – tzw. powietrze wewnętrzne – również może być zanieczyszczone pyłami. Do źródeł cząstek stałych w powietrzu wewnętrznym zalicza się: kurz, pyłki kwiatowe, roztocza, bakterie, dym papierosowy i powietrze atmosferyczne. Problem zapylenia obecnego w powietrzu wewnętrznym nie powinien być marginalizowany, ponieważ w tych warunkach spędzamy ok. 80% naszego życia.

Najprostszym sposobem poprawy jakości powietrza wewnętrznego jest wietrzenie, jednak jest to rozwiązanie doraźne. Prawidłowe warunki w pomieszczeniu powinna zapewnić sprawnie działająca instalacja wentylacyjna, określona normami, np. PN-EN 779:2005. Jeśli wentylacja grawitacyjna działa nieskutecznie, zalecany jest montaż nawiewników okiennych lub wentylacji mechanicznej wymuszającej przepływ powietrza za pomocą systemu kanałów i urządzeń sterujących ruchem powietrza (np. system Vitovent z odzyskiem ciepła). Na rynku dostępne są również jonizatory powietrza wytwarzające jony ujemne, usuwające nie tylko cząstki stałe, ale także wyładowania elektrostatyczne i nadmierną wilgoć. Natomiast urządzeniami wyspecjalizowanymi w usuwaniu dymu tytoniowego z pomieszczeń są pochłaniacze dymu papierosowego, np. Smoke Absorber, i kabiny dla palaczy – Smoking Box. Pochłaniacze są wyposażone w filtry zatrzymujące cząstki stałe, w tym substancje smoliste, oraz zanieczyszczenia gazowe, m.in. nikotynę, tlenek węgla i WWA.

Wybór metody odpylania powietrza powinien być dokonany na podstawie charakterystyki źródła emisji pyłów w taki sposób, aby osiągnąć najwyższą efektywność ich usuwania przy jednoczesnych niskich kosztach inwestycyjnych i eksploatacyjnych. Istotne są też niezawodność pracy urządzeń odpylających, niewymuszających zmiany parametrów technologicznych procesów, oraz uwzględnienie specyfiki danego zapylenia (rodzaje frakcji pyłów, zmienności i wielkość strumienia emisji). Kolejną ważną charakterystyką stosowanej technologii odpylającej jest możliwość osiągania co najmniej dopuszczalnej wielkości emisji pyłów z równoczesnym uwzględnieniem rodzaju emitowanych frakcji.

Przedstawione działania organizacyjno-techniczno-inwestycyjne wykorzystują najnowocześniejsze dostępne rozwiązania technologiczne (Best Available Techniques – BAT) do obniżenia emisji pyłów. Bezpośrednią korzyścią ekonomiczną odpylania gazów odlotowych powstających podczas procesów produkcyjnych jest częściowy odzysk surowców i energii. Zastosowanie omówionych rozwiązań technicznych istotnie przyczyni się do poprawy jakości powietrza i zmniejszy uciążliwość antropopresji na środowisko.

Zuzanna Kowalkiewicz, prof. dr hab. Włodzimierz Urbaniak, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu

Źródła

1. Janka M.: Zanieczyszczenia pyłowe i gazowe- podstawy obliczania i sterowania poziomem emisji. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa 2014.
2. riedel-filtertechnik.com/pl/produkty-rozwiazania/produkty (dostęp: 12.04.2015).
3. schuko.de/pl/produkty/odpylacze (dostęp: 12.04.2015).

Artykuł pochodzi z majowego wydania “Przeglądu Komunalnego” (05/2015), w którym problemowi niskiej emisji poświęcono Zeszyty Komunalne.