Sistemi di depolverazione_2

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1 Corso di Impianti di Trattamento degli Effluenti Inquinanti Laurea Specialistica in Scienze e Tecnologie Ambientali, a.a Sistemi di depolverazione_2 prof. ing. Umberto Arena Dipartimento di Scienze e Tecnologie Ambientali Biologiche e Farmaceutiche Università della Campania Luigi Vanvitelli Outline 1. Generalità sui depolveratori 2. Cicloni 3. Precipitatori elettrostatici 4. Venturi scrubbers 5. Filtri manica 1

2 Depolveratori: processi in cui il gas è forzato attraverso una barriera FILTRI A MANICA SCRUBBER A UMIDO Principi di funzionamento di depolveratori Per MEZZI FILTRANTI E SCRUBBER AD UMIDO 2

3 Filtri a manica Tipologia e parametri del processo Sistemi di depolverazione: i filtri a manica (baghouses) 3

4 Filtri a manica: principi di funzionamento I meccanismi principali di interazione filtro polvere che caratterizzano la filtrazione sono: intercettazione a opera delle fibre impatto inerziale sul filtro diffusione Browniana fenomeni elettrostatici effetto torta. Filtri a manica: principi di funzionamento Ruolo dei diversi meccanismi in funzione della dimensione e velocità delle particelle: Predominio intercettazione o impatto inerziale Predominio effetto diffusione browniana 4

5 Filtri a manica: principi di funzionamento Efficienza dei diversi meccanismi in funzione delle dimensioni: Predominio effetto diffusione browniana Predominio intercettazione o impatto inerziale Principi di funzionamento Filtrazione chiarificante Filtrazione a torta Corrente gassosa Corrente gassosa Mezzo filtrante Torta Mezzo filtrante Questa distinzione non è di tipo fisico poiché dipende dalla frequenza di pulizia del filtro. Le modalità di filtrazione passano da quelle di filtrazione chiarificante a quelle di filtrazione a torta se si effettua il ciclo di pulizia a intervalli di tempo troppo ampi. Tali intervalli sono comunque limitati superiormente dalle perdite di carico massime accettabili. 5

6 Principi di funzionamento Filtrazione nel transitorio Filtrazione a regime Sistemi di pulizia a flusso inverso (filtri tessuti; A/C ratio= cm/s; carico di polvere della torta= kg/m 2 ) a getti pulsanti a 3 7 bar (feltri agugliati, A/C ratio= 3 5 cm/s; carico di polvere della torta= 5 10 kg/m 2 ) ascuotimento filtri tessuti; A/C ratio= cm/s; carico di polvere della torta= kg/m 2 ) 6

7 Sistemi di pulizia a scuotimento (filtri tessuti) a getti pulsanti (feltri agugliati) Pulizia a scuotimento di filtri tessuti 7

8 Pulizia a scuotimento di filtri tessuti Pulizia a flusso inverso di filtri tessuti 8

9 Pulizia a getti pulsanti di filtri agugliati Pulizia a getti pulsanti di filtri agugliati Rifornimento di aria compressa Scarico dell'aria depurata Timer Armatura del tessuto Manometro Manica in fase di pulizia Ingresso dell'aria carica di polveri Tramoggia Scarico delle polveri 9

10 Pulizia a getti pulsanti di filtri agugliati Confronto sistemi di pulizia/tipi filtro Tipo filtro TESSUTO FELTRO (tessuto non tessuto) Direzione flusso gas Dall interno verso l esterno Dall esterno verso l interno Aggancio cestello Dal fondo Dall alto Posizione cake Interna Esterna Sistema pulizia A SCUOTIMENTO A FLUSSO INVERSO A GETTI PULSANTI Tempo di pulizia Da pochi s a quasi 2 min s Criticità pulizia Interruzione filtrazione per pulizia necessario compartimento aggiuntivo Rischio ritrascinamento V can < V can, max Velocità filtrazione nominale m/min m/min 10

11 Pulizia e perdite di carico di filtri a manica a scuotimento (filtri tessuti) (t c fino a 2 min, t f fino a 2 ore) a getti pulsanti (feltri agugliati) (t c si riduce a pochi centesimi di secondo) Per i filtri a getti c è il rischio di ritrascinamento Feltri agugliati 11

12 Maniche a feltri agugliati Parametri di progetto: Velocità filtrazione (detta anche A/C ratio) e Velocità can Tipo di polvere Velocità di filtrazione nominale, m/min Velocità di can massima, m/min scuotimento o aria inversa getti pulsanti Abrasive Carbone attivo Allumina Ossido di alluminio Lievito in polvere Polvere di bronzo Nerofumo Cemento Pigmenti ceramici Argilla, caolino Cacao, cioccolato Ceneri volanti Fertilizzanti Farina

13 Filtro a getti pulsanti Baghouse 13

14 Baghouse PROCEDURA DI DIMENSIONAMENTO 1. Scelta del mezzo filtrante 2. Calcolo della velocità di filtrazione A.Velocità di filtrazione nominale: da tabelle B. Velocità di filtrazione effettiva, con metodo ad indici: V f = V fn *A*T*C*D 3. Calcolo superficie filtrante: S = Q/V f 4. Calcolo numero maniche: N = S tot /( D m L m ) 5. Suddivisione in compartimenti 6. Scelta della maglia (triangolare/quadrata) e della spaziatura delle maniche 7. Calcolo superficie totale di ingombro della baghouse 8. Verifica assenza rischio ritrascinamento: V can < V can,max 9. Calcolo perdite di carico (o del tempo di filtrazione) 14

15 1. La scelta del mezzo filtrante Quale fibra? Polyester Acrilico Metaramide PMIA (Nomex) Phenilene sulfide Polyimide [P84 ] Glass Polytetrafluorethylene PES PAN PPS PI PTFE La scelta va fatta in base a: Condizioni di temperatura del gas Ambiente chimico Stress meccanici Costo 1. La scelta del mezzo filtrante Temperature in C Dry / ph neutral V % Humidity Wet / aggressive 15

16 1. La scelta del mezzo filtrante Quale costruzione tessile? Feltro agugliato o tessuto ortogonale Finezza della fibra Grammatura del feltro Quali proprietà? Permeabilità all aria Trattamento superficiale Trattamento chimico Resistenza meccanica Tipi di mezzo filtrante (felted and needle felted fibers) 16

17 1. La scelta del mezzo filtrante Nuovi mezzi filtranti P84 1,7 dtex (cioè 1.7 g ogni 10 km di fibra) multilobal La fibra P84 è a base di polimmide. La stabilità termica si basa sulla struttura aromatica del polimero. Le fibre non fondono alle temperature tipiche di impiego e sono classificate come non infiammabili. Le fibre P84 offrono la più alta superficie specifica di tutte le altre fibre disponibili sul mercato

18 1. La scelta del mezzo filtrante Nuovi mezzi filtranti: feltri cascade Il lato polvere consiste di un strato leggero (130 g/m 2 ) fibra P84 di titolo 2,2 dtex e 1,7 intimamente miscelati con un strato più esterno di fibre fini: 1,7 dtex + 1,0 dtex P84 1,7 dtex + P84 1,0 dtex P84 2,2 dtex + 1,7 dtex P84 2,2 dtex Il lato interno pulito è ottenuto con sola fibra P84 2,2dtex. Il peso di questo strato è 190 g/m 2 tale da reagire molto positivamente agli stress meccanici causati dalla frizione tra mezzo filtrante e il cestello. 35 SX 600 Mantes 18

19 Trattamento di finissaggio Nuovi mezzi filtranti M A NT E S Singeing SA N O V A T E S 2. Calcolo della Velocità di Filtrazione Tipo di polvere Velocità di filtrazione nominale, m/min Velocità di filtrazione nominale: da tabelle scuotimento o aria inversa getti pulsanti Abrasive Carbone attivo Allumina Ossido di alluminio Lievito in polvere Polvere di bronzo Nerofumo Cemento Pigmenti ceramici Argilla, caolino Cacao, cioccolato Ceneri volanti Fertilizzanti Farina

20 2. Calcolo della Velocità di Filtrazione Velocità di filtrazione effettiva: metodo ad indici V f = V fn *A*T*C*D Fattori di applicazione: 0.8 per materiali oleosi, umidi, agglomerati 0.9 per operazioni di raccolta continua e per cariche di polveri pesanti 1.0 per cariche più basse e per operazioni intermittenti. Fattori di temperatura: 1.0 per temperature sotto i 43 C 0.9 per temperature da 43 a 107 C 0.8 per temperature al di sopra di 107 C. Fattori per la dimensione della particella: 0.8 per dimensioni sotto i 3 m 0.9 per dimensioni tra 3 e 9 m 1.0 per dimensioni da 10 a 50 m 1.1 per dimensioni tra 50 e 100 m 1.2 per dimensioni al di sopra di 100 m. Fattori per la carica di polvere: 1.2 fino a 23 g/m per cariche tra 23 e 46 g/m per cariche tra 46 e 114 g/m per cariche tra 114 e 183 g/m per cariche al di sopra di 183 g/m 3. Influenza del diametro sulle perdite di carico 20

21 3 6. Calcolo superficie e maniche 3. Calcolo superficie filtrante: 4. Calcolo numero maniche: S tot = Q/V f N m = S tot /( D m L m ) 5. Suddivisione in compartimenti 6. Scelta della maglia (triangolare/quadrata) e della spaziatura delle maniche Velocità di can e rischio ritrascinamento 21

22 7 8. Calcolo ingombro baghouse 7 8. Calcolo superficie totale di ingombro della baghouse, con verifica assenza rischio ritrascinamento: V can < V can,max A baghouse = A can + A m A m = N m ( D 2 m/4) A can = Q/V can dove imponendo V can =V can,max si otterrà la A can (e quindi A baghouse ) minima. Tipo di polvere Velocità di can massima, m/min Abrasive 69 Carbone attivo 53 Allumina 61 Ossido di alluminio 61 Lievito in polvere 53 Polvere di bronzo 61 Nerofumo 46 Cemento 69 Pigmenti ceramici 61 Argilla, caolino 61 Cacao, cioccolato 53 Ceneri volatili 61 Fertilizzanti 61 Farina Calcolo perdita di carico Si utilizza la formula: P = k C V 2 t dove: k è un coefficiente dipendente dalla polvere (da tabelle) C è la concentrazione della polvere in ingresso al filtro V è la velocità di filtrazione t è il tempo di filtrazione (quello tra due fasi di pulizie) La formula è generalmente usata per calcolare t, avendo fissato la massima perdita di carico economicamente accettabile. 22

23 Filtri a maniche per depolverazione e trattamento finale gas acidi e micro inquinanti Nel filtro a maniche le particelle solide (prodotti calcici di reazione, reattivi in eccesso, ceneri volanti e metalli pesanti condensati) sono separate dai fumi e dagli inquinanti residui reagendo con i reattivi in eccesso (sorbenti e carbone attivo) durante la percolazione dei fumi attraverso il residuo depositato sulle maniche, permettendo di migliorare considerevolmente l efficacia del trattamento. Filtri ceramici Applicazioni particolari (alta T) 23

24 Filtri a candela ceramici: impianto Metso Filtri a candela ceramici: impianto Metso Courtesy of Metso Group, Hankola, 21FBC

25 Filtri a candela ceramici: impianto Metso Courtesy of Metso Group, Hankalin, Sardinia 2011 Metso (CFBG) Flow from/to other gasifier line FUEL ADDITIVE LIMESTONE AMMONIA Product gas AIR SAND Steam: 49 Kg/s 121 Bar 540 C Product gas ACTIVATED CARBON SODIUMBI- CARBONATE AIR BOTTOM ASH 0 kg/s 0 kg/s 41 m³ 41 m³ 50 m³ NITROGEN PSA FLY ASH FROM GASIFICATION FLY ASH FROM BOILER Courtesy of Metso Group 25

26 Metso (CFBG) Flow from/to other gasifier line FUEL ADDITIVE LIMESTONE AMMONIA Product gas 2 x 6 filter vessels ~ 4000 filter elements AIR SAND Steam: 49 Kg/s 121 Bar 540 C Product gas ACTIVATED CARBON SODIUMBI- CARBONATE AIR BOTTOM ASH 0 kg/s 0 kg/s 41 m³ 41 m³ 50 m³ NITROGEN PSA FLY ASH FROM GASIFICATION FLY ASH FROM BOILER Courtesy of Metso Group Metso (CFBG) Flow from/to other gasifier line FUEL ADDITIVE LIMESTONE AMMONIA Product gas AIR SAND Steam: 49 Kg/s 121 Bar 540 C Product gas ACTIVATED CARBON SODIUMBI- CARBONATE AIR BOTTOM ASH 0 kg/s 0 kg/s 41 m³ 41 m³ 50 m³ NITROGEN PSA FLY ASH FROM GASIFICATION FLY ASH FROM BOILER Courtesy of Metso Group 26

27 Metso (CFBG) FUEL SAND Flow from/to other gasifier line LIMESTONE ADDITIVE Final emission control (APC): DeNOx catalyst Sodiumbicarbonate injection Activated carbon injection Bag house filters AMMONIA Product gas Steam: 49 Kg/s 121 Bar 540 C Product gas ACTIVATED CARBON AIR SODIUMBI- CARBONATE AIR BOTTOM ASH 0 kg/s 0 kg/s 41 m³ 41 m³ 50 m³ NITROGEN PSA FLY ASH FROM GASIFICATION FLY ASH FROM BOILER Courtesy of Metso Group 27