Reducerea emisiilor de praf

Reducerea emisiilor de praf

Praful este o componenta importanta a particulelor solide suspendate in aer, care de obicei sunt invizibile individual pentru ochiul liber. Totusi, colectiv, particulele mici formeaza deseori o pacla care limiteaza vizibilitatea. Intr-adevar, in multe zile de vara cerul de deasupra oraselor poluate cu praf are o culoare alba

laptoasa, in loc de albastra, datorita imprastierii luminii de catre particulele suspendate in aer.

Trebuie remarcat ca, particulele suspendate intr-o masa data de aer nu sunt nici toate de aceeasi marime sau forma si nici nu au aceeasi compozitie chimica Cele mai mici particule suspendate au o marime de aprox. 0.002 m (adica 2 nm); in comparatie, lungimea moleculelor gazoase tipice este cuprinsa intre 0.0001 si 0.001 m (0.1 pana la 1 nm). Atunci cand picaturile mici de apa din atmosfera se contopesc in particule mai mari decat aceasta valoare, ele corespund picaturilor de ploaie si cad din aer atat de repede, incat nu sunt considerate ca fiind suspendate. Desi putine dintre particulele suspendate in aer au forma exact sferica, conventia este sa se vorbeasca de toate particulele ca fiind asa. Intr-adevar diametrul particulelor este proprietatea lor cea mai importanta. Din punct de vedere calitativ, particulele individuale sunt clasificate in functie de diametrul lor in grosolane, daca este mai mare de 2.5 m si fine daca este mai mic, [4]. De exemplu, pentru a acoperi suprafata unei mici monede ar fi nevoie de aprox. 100 milioane de particule, cu diametrul de 2.5 m. In mod intuitiv, se poate crede ca toate particulele trebuie sa se depuna rapid pe suprafata pamantului sub influenta gravitatii, insa acest lucru nu este adevarat pentru particulele mai mici. Conform Legii lui Stoke, viteza cu care particulele cad pe pamant creste cu patratul diametrului lor. Particulele mici cad atat de incet, incat ele sunt suspendate un timp aproape nedeterminat in aer. Cele foarte mici se aglomereaza, pentru a forma particule mai mari, de obicei tot din categoria celor de marime fina. Astfel, particulele fine raman de obicei in aer timp de zile intregi sau saptamani, pe cand cele grosolane se depun destul de rapid. Prin urmare, cu cat aceste particule sunt mai fine, cu atat se imprastie pe o suprafata mai mare, reducand imisia din jurul surselor poluante (centrale electrice, fabrici de ciment, etc.). Particulele au in compozitia lor concentratii mari de Al, Ca, Si si O sub forma de silicati de aluminiu, dintre care unii mai contin si ionul de calciu. Continutul organic mediu al particulelor fine este in general mai mare decat cel al particulelor grosolane. De exemplu, arderea incompleta a combustibililor pe baza de carbon precum carbunele, pacura, benzina si combustibilul diesel produce multe particule de funingine, care in principal sunt cristaloizi de carbon. In consecinta, una dintre principalele surse de particule atmosferice pe baza de carbon, atat fine cat si grosolane, sunt centralele termoelectrice clasice, [17]. Normele de protectia mediului limiteaza cantitatea de praf depusa intr-un an la nivelul solului la 200 g/m

2. Eficienta instalatiilor de filtrare

Daca exista un domeniu in care calitatea mediului ambiant sa fie simtitor ameliorata, atunci acesta este acela care se ocupa cu inlaturarea particulelor sedimentabile sau a particulelor de praf in suspensie. Aceasta evolutie favorabila se datoreaza procedeelor industriale bazate pe tehnici de separare mecanice,

electrice, hidraulice si in strat poros. Arderea carbunelui si in unele cazuri chiar arderea hidrocarburilor reziduale (pacura cu continut ridicat de cenusa), impurifica gazele de ardere.

In cazul arderii carbunelui pulverizat, filtrarea este obligatorie la orice dimensiune a generatorului de abur, deoarece materialul necombustibil din carbune (anorganicul) se regaseste, dupa cum se observa si din figura 1, in mare parte, sub forma de cenusa zburatoare in gazele de ardere.

Din cantitatea Ai de anorganic intrata cu combustibilul, o parte, Ar este retinuta in focar, o alta parte, Af , este retinuta in instalatiile de filtrare, iar Ae este evacuata pe cos, o data cu gazele de ardere, conform relatiilor, [11, 17], de bilant material,

unde Ai reprezinta cantitatea relativa initiala de anorganic (cenusa) din combustibil, B reprezinta debitul de combustibil al generatorului de abur, x reprezinta cantitatea relativa (coeficientul) de anorganic retinuta in focar, iar reprezinta cantitatea relativa de anorganic retinuta in filtru sau eficienta filtrului. De mentionat ca toate cantitatile Ai Ar Af Ae au aceleasi unitati de masura ca si debitul de combustibil, B (in majoritatea cazurilor kg/s).

Cantitatea relativa x, de anorganic, retinuta in focar, depinde de tipul instalatiilor si in principal de felul combustibilului si sistemul de ardere din focarul generatorului de abur, avand orientativ valorile prezentate in tabelul 1 Modul de calcul al eficientei a oricarei instalatii de filtrare se prezinta in figura 2

Acceptarea finala a testului pentru calculul eficientei impune mentinerea constanta a raportului D/E si pentru un numar mai mare de incercari, astfel ca la cel putin doua din trei sa se obtina acelasi rezultat pentru eficienta

Solutii de retinere a prafului

Particulele din materie se indeparteaza din aer fie prin filtrarea acestuia, fie cu ajutorul unor colectoare de praf. Prin filtrare se indeparteaza numai cantitatile mici de particule din materie, iar pentru cantitatile mari se utilizeaza colectoarele de praf. Principalele elemente pentru stabilirea metodelor si a echipamentelor de

retinere sunt: concentratia de particule, analiza marimii particulelor, gradul necesar de indepartare a particulelor, temperatura, presiunea si debitul aerului sau gazului poluat, caracterizarea fizico-chimica a prafului, cerinte utilitare, metoda dorita de indepartare a particulelor.

Retinerea pulberilor sau prafului se realizeaza cu ajutorul filtrelor, care se caracterizeaza prin: debitul de gaze poluate care ies din proces Dg m /s , domeniul diametrului particulelor d m]; temperatura maxima a gazelor tg max OC ; gradul de retinere sau eficienta filtrului b viteza particulelor in filtru w m/s , pierderi de presiune in filtru Dp mmH O , costurile anuale de intretinere.

Principalele metode de retinere a prafului sunt:

v    mecanice, avand la baza forta de gravitatie si inertie ;

v    electrice, avand la baza ionizarea particulelor in camp electric;

v    strat poros, utilizand caracteristicile curgerii fluidelor reologice;

v    hidraulice, avand la baza metode de spalare.

Caracteristici de exploatare a solutiilor de desprafuire

Deoarece praful a fost unul dintre cei mai vechi poluanti cunoscuti, eforturile tehnico-stiintifice au condus la elaborarea unor tehnologii avand o eficienta de retinere a particulelor ridicata Caracteristicile de exploatare a metodelor de desprafuire sunt prezentate in tabelul 2, [21, 22]. In cazul procedeelor de desprafuire avand cea mai ridicata performanta (precum filtru cu saci, electrofiltre), in atmosfera sunt emise numai anumite particule, dintre cele mai fine.

Domeniul specific de aplicare, in functie de plaja granulometrica a materiilor solide retinute, se prezinta in figura 3 Totusi, uneori aceste particule fine pot fi periculoase, continand compusi toxici, cum ar fi metale grele (mercurul) sau compusii lor cu anumiti poluanti organici persistenti (hidrocarburi aromatice policiclice).

Vehicularea poluantilor se face in functie de granulometria particulelor. Aceasta se datoreaza faptului ca, compusii toxici, aflati in stare de vapori in gazele de ardere la temperatura ridicata, condenseaza pe particulele fine de praf, deja prezente. Acest proces este valabil chiar si in cazul scaderi temperaturii, ca in cazul sintezei anumitor compusi organici grei, cum ar fi dioxinele si furanurile.

Ideal ar fi, fara indoiala, efectuarea mai multor desprafuiri in cascada la nivel de temperatura descrescatoare, eliminind mai intai particulele grosiere de praf, inaintea condensarii metalelor grele.

Pentru temperaturi inalte raman de pus la punct tehnologiile de desprafuire prin filtre ceramice, in conditii economice acceptabile.

Filtre mecanice pentru desprafuire

Camera de decantare

Filtrele camera de decantare sunt cele mai vechi tehnologii de desprafuire, avand forma unei camere sectionate in forma de cruce. Atunci cand un curent de aer patrunde in camera printr-un canal de diametru mic, viteza lui se reduce, determinand depozitarea particolelor datorita gravitatiei, dupa cum se observa din figura 4

Particulele mici sunt colectate mai greu, astfel ca eficienta la acestea se reduce practic la jumatate. Eficienta colectarii, a unei camere de decantare, bazata pe forta gravitationala, se exprima in functie de viteza terminala a particolelor, de la 40 la 50 microni in diametru aerodinamic.

Calculul eficientei se face cu relatia:

unde U [m/s] este viteza terminala maxima atinsa de particule in camera Ah [m ] suprafata orizontala a camerei de decantare, iar Q [m /s] este debitul volumetric de gaze poluate. Eficienta medie a unor astfel de filtre camera de decantare este in medie de 60÷70 %, dar se reduce la 40÷45 %, pentru particule sub 5 microni. Pierderile de presiune sunt de 25÷35 Pa, iar temperatura nu constituie un inconvenient, [18, 23

Pentru a imbunatatii eficienta camerei de decantare gravimetrice, trebuie sa se mareasca suprafata orizontala efectiva sau sa se reduca debitul volumetric de gaze.

Filtrele camera de decantare se utilizeaza pentru retinerea particulelor grosiere, constituind de regula prima treapta de filtrare. Sunt improprii pentru desprafuirea gazelor de la generatoarele de abur ce ard praf de carbune.