Прахоулавяне

Като замърсител фините частици включват прах, тежки метали и техните съединения, аерозоли, капчици вода и сажди. Праховите частици са често срещан замърсител в отпадъчните газови потоци от индустрията. Те са характерни за производства, в които се използват и съхраняват твърди и прахообразни суровинни материали, както и за димните газове от процеси на изгаряне например в електроцентрали или инсинератори за отпадъци. Аерозоли и капчици вода могат да се отделят при реакция или изготвяне на производствени смеси.

Гравитационни сепаратори
При тези съоръжения потокът преминава през камера, в която прахът, аерозолите и/или капчиците се отделят от газа под влиянието на гравитацията. Сепариращият ефект се увеличава с намаляване на скоростта на газа чрез конструкционни елементи - прегради, ламели или метална мрежа.

Конструкцията трябва да гарантира равномерно разпределение на скоростта в камерата, която може да бъде изработена от различни материали, включително стомана и синтетични материали, в зависимост от състава на отпадъчния газов поток. Използването на вътрешни препятствия позволява работа с потоци с по-висока скорост, благодарение на което размерите на камерата могат да бъдат редуцирани. Недостатък на този подход е увеличеният пад на налягането в системата. Трябва да се избягва постъпването на студен въздух в камерата, за да не се стигне до кондензация на газовия поток, която може да доведе до корозия, отлагане на прах и запушване на отвора за отделяне на праха.
Гравитационните сепаратори обикновено се инсталират като предварителен етап преди пречистване в различни филтърни системи, скрубери, охладителни кули и др. Сред предимствата им са простата конструкция без подвижни части, ниските инвестиционни разходи и малкото енергопотребление. Като недостатъци могат да бъдат посочени ниската ефективност на отстраняване на малки частици, неприложимостта им за лепкави частици и относително големите им размери.

Циклони
Работният им принцип се основава на създаването на двоен вихър в тялото на циклона. Постъпващият газ встъпва в кръгово движение надолу, в близост до стената на циклонната тръба. На дъното газът обръща посоката си и спираловидно преминава през центъра на тръбата, след което излиза през горния край на циклона. Частиците в газовия поток се насочват към стените на циклона от центробежната сила на газа, но движението им е възпрепятствано от силата на челно съпротивление на излизащия от съоръжението газ. Големите частици достигат стената на циклона и се събират в дънен колектор, а малките напускат циклона с газа, което определя необходимостта от последващо третиране, например със скрубери, електрофилтри, ръкавни филтри и др.

Мокрите циклони са високоефективни съоръжения, при които в газовия поток се впръсква вода за увеличаване на теглото на частиците. Това позволява отстраняването и на фини частици и повишава ефективността на разделяне.

Ефективността на циклоните варира като функция на размера на частиците и конструкцията на съоръженията. Тя нараства с увеличаване на размера на частиците и/или плътността, повишаване скоростта на навлизане на газа, на концентрацията на прах и на гладкостта на вътрешните стени на съоръжението, както и с удължаване на тялото на циклона. Ефективността спада с увеличаване на вискозитета и плътността на газа, и с нарастване на площта на входния отвор за газа.

Прахът се отделя като остатък, който трябва да бъде обезвреден, в случай че не може да бъде използван повторно или рециклиран. Количеството му зависи от концентрацията на прах в отпадъчния газ. В зависимост от източника отделеният прах може да бъде замърсен с токсични и/или опасни вещества. Праховата суспензия от мокрите циклони обикновено се третира в пречиствателна станция за отпадъчни води.

Циклоните се използват предимно за контрол на емисиите на фини прахови частици с диаметър под 10 микрона (ФПЧ₁₀). Предлагат се обаче и високоефективни циклони (т. нар. мултициклони), които са подходящи дори и за ФПЧ_2,5.

Сами по себе си циклоните не са достатъчни за постигане на съответствие с нормативните изисквания. Те служат повече като съоръжения за предварително пречистване преди скъпоструващо оборудване като ръкавни и електрофилтри.

Техни преимущества са лесната инсталация, възможността за възстановяване на суровинен материал, ниските изисквания за поддръжка поради липсата на подвижни части и относително малкото пространство, което заемат. Недостатъци са сравнително високият пад на налягането, невъзможността за третиране на лепкави материали, относително ниската ефективност на пречистване, особено по отношение на ФПЧ₁₀, и високите нива на шум при експлоатация.

Електрофилтри
Електрофилтрите са съоръжения за контрол на емисиите на прах, които използват електрически сили за насочване на съдържащите се в отпадъчния газов поток частици към колекторни пластини. Частиците се зареждат при преминаването им през корона, в която има поток на йони. Електродите в центъра на потока се поддържат с високо напрежение и създават електрическото поле, което ориентира частиците към колекторните пластини. Необходимото пулсиращо постояннотоково напрежение е в диапазона от 20 до 100 kV.

Съществуват няколко вида електрофилтри. При проводник-пластинчатите електрофилтри отпадъчният газ се движи хоризонтално и успоредно на вертикални пластини от листова ламарина. Високоволтовите електроди представляват дълги проводници с тежести, които висят между пластините. В проводник-тръбните електрофилтри газовият поток се движи вертикално през проводящи тръби. Електродите отново са дълги проводници, преминаващи по оста на всяка от тръбите. И двата вида съоръжения могат да бъдат или сухи, или мокри.

Размерът на електрофилтъра е основният фактор, определящ ефективността на отстраняване на праховите частици. Други параметри, влияещи върху ефективността, са специфичното съпротивление на частиците, съставът, температурата и разпределението им по размер. Специфичното съпротивление на праховите частици може да бъде редуцирано чрез инжектиране на серен триоксид, амоняк или вода в отпадъчния газов поток преди преминаването му през електрофилтъра. Добавянето на някой от тези реагенти обаче може да означава, че отделените частици няма да могат да бъдат използвани повторно.

Електрофилтрите се използват за отстраняване на ФПЧ_2,5 и по-малки, и опасни атмосферни замърсители, каквито са повечето метали. Приложимостта на сухите електрофилтри за третиране на газове от инсталации, в които се изгаря течно гориво, може да е ограничена поради редица фактори, включително много ниско специфично съпротивление на частиците, вид на частиците и неблагоприятен състав на димните газове. Мокрите електрофилтри се използват в случаите, когато сухите са неподходящи – за отстраняване на мокри и лепкави частици, третиране на запалими/взривоопасни смеси и контрол на аерозоли, изпарения и киселинни мъгли.

Тези съоръжения се отличават с ефективност на пречистване над 97%, дори и за малки частици и малък пад на налягането, което обуславя ниско енергопотребление. Сред недостатъците им са относително големите им размери, необходимостта от висококвалифициран персонал за експлоатацията им, опасността от взрив и др.

Мокри скрубери
Методът включва сепариране на праха посредством интензивно смесване на постъпващия в съоръжението газ с вода, обикновено комбинирано с отстраняване на грубите частици чрез центробежна сила. За да се постигне това, газовият поток постъпва в скрубера тангенциално. Отделеният прах се събира в колектор на дъното на скрубера. Освен праховите частици се отстраняват и химикали като серен диоксид, амоняк, амониев хлорид, летливи органични съединения и тежки метали, които могат да бъдат свързани към частиците. Основните видове скрубери са с пълнеж, с подвижен пълнеж, тарелкови и спрей кули. Ефективността на тези съоръжения зависи силно от размера на частиците и аерозолите.

Един от недостатъците на мокрите скрубери е, че замърсяването се измества към промиващата среда (водата) и е необходимо третиране на получените течни отпадъчни потоци. В зависимост от източника си отделеният прах може да бъде замърсен, например прахът от инсинератор може да съдържа диоксини и/или тежки метали и техните оксиди. В такива случаи прахът може да бъде класифициран като опасен отпадък, който следва да бъде обезвреден по подходящ начин.

Преимущества на мокрите скрубери са възможността за третиране на газови потоци, съдържащи запалими или взривоопасни химикали, осигуряването на охлаждане на газовете, неутрализирането на корозивни газове и едновременното отстраняване на прах и неорганични съединения.

Ръкавни филтри
При този вид филтри отпадъчният газ се пропуска през стегнат или филцов плат, който задържа праховите частици. Текстилните филтри могат да са под формата на различен брой платна, касети или ръкави (най-разпространеният вид), групирани в един корпус. Формиращият се кек от прахови частици може да повиши ефективността на тези съоръжения в значителна степен.

Най-важните параметри за ръкавните филтри са дебитът и съставът на отпадъчния газ, работната температура и максималното налягане, капацитетът им и леснотата на почистването им, особено при приложение в хранително-вкусовата промишленост. Тези пречиствателни съоръжения се използват предимно за отстраняване на ФПЧ2,5 и опасни атмосферни замърсители под формата на частици например метали (с изключение на живак). В комбинация със системи с абсорбция и инжектиране на варно мляко могат да послужат и за отстраняване на специфични газообразни замърсители.