در حال حضار از سه نوع فیلتر برای غبارگیری گازهای خروجی از کوره مواد خام کارخانجات سیمان استفاده میگردد.

الف) فیلتر الکتریکی Electrostatic Precipitator ESP

ب) فیلتر کیسهای Bag house

ج) فیلتر هیبرید Hybrid Filter

در سطور زیر ضمن ارائه توضیحات کلی در مورد نحو عملکرد هر کدام از سه نوع فوقالذکر مزایا و معایب هر کدام که دلیل انتخاب و یا عدم انتخاب میگردد، توضیح داده میشود.

الف) فیلتر الکتریکی ESP

فیلتر الکتریکی از مجموعهای از صفحات جمع کننده و الکترودهای تخلیه تشکیل یافته است که بهصورت ردیفهای یک در میان و با فاصله مشخص (۲۰۰mm) از بالا آویزان شدهاند. الکترودهای تخلیه به ولتاژ یکسو شده (DC) بالا نزدیکی فشار قوی با پلاریته منفی و صفحات جمع کننده بهبار مثبت (عملاً به زمین) وصل میشوند. در ولتاژهای DC بالا در نزدیکی الکترودهای منفی تخلیه کرونا (corona) اتفاق میافتد. گاز به همراه ذرات غبار بهطور افقی از بین صفحات جمع کننده و الکترودهای تخلیه عبور میکند. مولکولهای گاز یونیزه شده (با بار منفی) طی حرکت به سمت صفحات جمع کننده ذرات در حال عبور را باردار میکند میدان الکتریکی ذرات به سمت صفحات جمع کننده میکشاند (و روی این صفحات مینشاند) با ارتعاش ناشی از ضربت چکش مواد از روی صفحات جدا و وارد قیف شده و بهوسیله نقاله زیر قیف از فیلتر خارج میشود. در داخل الکتروفیلتر سطح مقطع عبور جریان گاز نسبتاً زیاد و در نتیجه سرعت عبور گاز کم میباشد و به این جهت افت فشار دو سر یک فیلتر کم (حدود ۲.۵ mbar) میباشد که این مورد یکی از نکات مثبت فیلترهای الکتریکی است.

پارامترهای مهم فرآیندی که بر راندمان الکتروفیلترها اثر دارند عبارتند از: دبی حجمی گاز، دما و رطوبت.

دبی حجمی گاز (Q:M^۳/H) و سرعت گاز (V:M/S) با توجه بهطول فیلدهای الکتریکی، زمان ماندگاری ذرات در فیلتر و در نتیجه میزان جذب آنها را تعیین میکند. دما و رطوبت اثر قابل توجهی بر مقاومت الکتریک ذرات دارند و در نتیجه از مهمترین عوامل مؤثر بر راندمان الکتروفیلتر میباشند. در واقع تأثیر دبی حجمی گاز، دما و رطوبت با راندمان الکتوفیلتر و در نتیجه غبار خروجی (emission) نقطه ضعف اساسی فیلترهای الکتریکی را بهوجود آورده است. کنترل دما و رطوبت (کاهش دما و افزایش رطوبت) در صنعت سیمان توسط برج خنککن انجام میشود و به همین جهت عملکرد الکتروفیلتر تحت تأثیر برج خنککن میباشد.

ب) فیلترهای کیسهای بگهاووس

فیلترهای کیسهای جریان گاز از داخل پارچه فیلتر عبور داده میشود ذرات غبار روی سطح پارچه مینشیند لایه غبار (Dust Cake) که روی سطح پارچه تشکیل میشود با تکاندن پارچه به روشهای مختلف از کیسه جدا شده و وارد قیف میشود. برای اینکه لایه غبار روی کیسه افت فشار زیادی برای عبور جریان گاز ایجاد نکند احتیاج به سطح پارچه بزرگی میباشد و برای اینکه سطح بزرگی از پارچه در یک فضای محدود جایگیرد پارچه فیلتر را بهصورت کیسههای استوانه در میآورند که به این مجموعه کیسههای استوانه در یک محفظه (بگهاووس) گفته میشود. اندازه یک بگهاووس به دبی حجمی گاز و به نسبت دبی حجمی گاز به سطح پارچه یا (Air to cloth ratio: A/C) بستگی دارد. مقدار A/C به غلظت گاز، دما روش Cleaning (نحوه تمیز کردن کیسه) و سطح تکنولوژی فیلتر بستگی دارد. فیلترهای کیسهای را عموماً بر حسب نوع روش Cleaning تقسیمبندی میکنند. در گذشته عموماً بر حسب نوع روش Cleaning تقسیمبندی میکنند. در گذشته عموماً از Mechanical Shaking و بعضاً از Reverse air استفاده میشده است. لیکن در حال حاضر از روش Pulse jet cleaning استفاده میگردد. در فیلترهای کیسهای نوع Pulse jet برای جلوگیری از جمع شدن کیسهها در داخل آنها از قفسههای فلزی استوانهای (گاهی با مقطع بیضی) بهنام Cage استفاده میشود. Cage و کیسه بهصورت عمودی از یک صفحه سوراخدار که به آن Tube Sheet گفته میشود آویزان میگردد. برای جدا کردن لایه خاک نشسته روی سطح بیرونی کیسهها از پالس هوای فشرده با فشار بالا که به دهانه باز کیسهها از بالا وارد میشود استفاده میگردد.

نوع کیسه مورد استفاده براساس مشخصههای فرآیندی گاز، دما، رطوبت، نوع گاز (وچود و یا عدم وجود گازهای حاصل احتراق) و میزان سایندگی ذرات غبار انتخاب میگردد. پارچه مورد استفاده برای غبارگیری گازهای خروجی از کوره مواد خام خطوط تولید سیمان معمولاً از جنس فایبر گلاس با پوشش (Membrane) از جنس PTFE معمولاً از جنس فایبرگلاس با پوشش (Membrane) از جنس ptfe میباشد که تحمل دمای تا ۲۶۰درجه C را دارد. وجود membranc مانع ورود ذرات ریز غبار به داخل پارچه و مانع افزایش افت فشار دو سرکیسهها در طی زمان بهرهبرداری شود. ولی در هر صورت افت فشار دو سر فیلترهای کیسهای بین ۱۲تا ۱۵میلی بار (حدود ۵برابر فیلتر الکتریکی) میباشد که این مورد یکی از نقاط ضعف فیلترهای کیسهای است نقطه ضعف دیگر فیلتر کیسهای محدودیت تحمل دمای پارچه ۲۶۰درجه C (در زمانهای کوتاه تا ۲۸۰درجه C) میباشد که در صورت بالا رفتن دما از مقدار فوق پارچه غیر قابل استفاده خواهد شد. در فیلترهای کیسهای نیز برای کاهش دما عموماً از برج خنک کن استفاده میشود. گرچه کاهش دما به ۲۶۰درجه C برای قابل تحمل شدن برای پارچه کفایت میکند. لیکن چون کاهش دما باعث کاهش دبی حجمی گاز و در نتیجه کاهش سطح پارچه مورد نیاز میگردد. به این جهت در فیلترهای کیسهای نیز دما در محدوده ۱۵۰تا ۲۰۰درجه سانتیگراد تنظیم میگردد.

مهمترین مزیت فیلتر کیسهای در این نکته است که راندمان غبارگیری و میزان غبار خروجی آن با تغییر دما، رطوبت و حجم گاز تغییر محسوسی ندارد.

ج) فیلتر هیبرید Hybridfilter

در یک فیلتر هیبرید از دو روش غبارگیری توأماً استفاده میشود:

۱) جذب غبار با استفاده از نیروی الکترو استاتیکی در فیلد الکتریکی

۲) جداسازی غبار با استفاده از پارچه فیلتر در قسمت کیسهای فیلتر هیبرید با بهرهگیری از مزایای دو روش غبارگیری، در واقع یک سینرژی بین دو عملکرد فوق بهوجود میآورد که نتایج بسیار ارزشمندی دارد که در ذیل توضیح داده میشود:

فیلتر هیبرید از یک بخش الکتریکی و یک بخش کیسهای جدا و پشت سر هم که هر دو در یک محفظه قرار دارند، تشکیل یافته است. بخش الکتریکی مشابه یک فیلد الکتریکی الکترفیلتر است بخش کیسه از مجموعهای از کیسهها تشکیل شده است که تقریباً مشابه یک فیلتر کیسهای میباشد. جریان گاز ابتدا وارد قسمت الکتریکی میشود و تحت تأثیر میدان الکترواستاتیکی حدود ۹۰تا ۹۵درصد غبار جذب صفحات میشود. ذرات غبار باقیمانده که بخش کیسهای وارد شده و روی سطح کیسه مینشینند. این ذرات باردار روی کیسهها یک لایه غبار با فضای متخلخل بهوجود میآورند که عبور گاز از بین لایه غبار را تسهیل مینماید. این امر باعث میشود علیرغم بزرگتر بودن سرعت عبور گاز از پارچه در فیلترهای هیبرید نسبت به فیلتر کیسهای افت فشار ایجاد شده بسیار کمتر از فیلتر کیسهای باشد که نتیجه آن امکان استفاده از سطح پارچه کمتر برای یک حجم مشخص گاز (یعنی A/C) بالاتر میباشد. مقدار A/C میتواند ۲۰تا ۳۰درصد بالاتر از فیلتر کیسهای باشد و بههمین نسبت سطح کیسه، تعداد cageها و شیرها کاهش مییابد.

نکته بسیار با اهمیت دیگر در فیلترهای هیبرید این است که با توجه به جذب بخش عمده غبار در قسمت الکتریکی بار غبار بسیار کمتری به بخش کیسهای وارد خواهد شد که این امر باعث کاهش تعداد دفعات ارسال پالسهای تمیز کننده که نتیجه آن افزایش عمر کیسهها، افزایش عمر Pilot valve , Diaphragm و همچنین کاهش مصرف هوای فشرده میباشد.

معیارهای انتخاب نوع غبارگیر برای گازهای خروجی از کوره - مواردخام

معیارهای انتخاب به دو گروه معیارهای اقتصادی و زیست محیطی قابل تقسیم میباشند.

▪ معیارهای زیست محیطی عبارتند از:

۱) غلظت غبار خروجی در شرایط نر مال بهرهبرداری

۲) غلظت غبار خروجی در شرایط غیر نرمال بهرهبرداری

غبار خروجی در شرایط نرمال بهرهبرداری

انتخاب و طراحی تجهیزات غبارگیر بر مبنای مشخصات فرآیندی، حجم گاز، رطوبت مشخصههای غبار داده شده انجام میگیرد.

امروزه با استفاده از الکتروفیلتر در شرایط نرمال بهرهبرداری کاهش غبار خروجی به ۵۰mg/nm^۳به آسانی انجام میشود و نیز دستیابی به ۲۰-۳۰mg/nm^۳با طراحی مناسب و افزایش سطح صفحات مسیر ولی رساندن غبار خروجی به ۱۰mg/nm^۳باعث افزایش بیش از اندازه سطح فیلتر اسیون و ابعاد فیلتر گردیده و به ندرت انجام میشود.

در فیلترهای بگهاووس و هیبرید دستیابی به خروجی کمتر از ۲۰mg/nm^۳به پائین نه تنها به آسانی مسیر میباشد بلکه در واقع خروجی بالاتر از مقدار فوق اصولاً موضوعیت ندارد (مگر اینکه در طراحی، انتخاب پارچه و یا اجراء اشکالی وجود داشته باشد). غبار خروجی از فیلتر بگهاووس معمولاً برای ۲۰و یا ۱۰mg/nm^۳گارانتی میشود این عدد برای فیلتر هیبرید ۱۰mg/nm^۳میباشد. قابل ذگر است که در عمل نیز در تمام فیلترهای هیبرید که توسط شرکت ELEX ارائه شده است غبار خروجی کمتر از mg ۵/nm^۳بوده است. در فیلتر هیبرید فارس این عدد در ابتدای راهاندازی ۲mg/nm^۳و براساس آخرین اندازهگیری انجام شده غبار خروجی ۱mg/nm^۳بوده است.

ذکر این نکته ضروریست که تحقیقات در چندین سال گذشته نشان داده است اثرات منفی نشستن ذرات ریز (کوچکتر از ۲.۵میکرون) روی ششها بسیار بیشتر از ذرات درشت میباشد و به همین جهت در کشورهای توسعه یافته علاوه بر محدودیت کاهش غبار خروجی از دودکشها به ۲۰یا ۱۰mg/nm^۳محدودیت دیگری تحت عنوان ۲.۵ PM اضافه شده است بدین معنی که غلظت ذرات غبار کوچکتر از ۲.۵میکرون نیز باید از میزان مشخصی کمتر باشد.

قابل ذکر است که در فیلترهای الکترواستاتیکی راندمان غبارگیری برای ذرات ۰.۱۵تا ۱.۵میکرون بسیار کم و بریا ذرات بزرگتر و کوچکتر از محدوده فوق بالا میباشد. در فیلترهای بگ هاووس که از پارچه فایبر گلاس با پوشش PTFE استفاده میشود راندمان غبارگیری تا محدوده ۰.۵میکرون بالا و برای ذرات ریزتر راندمان پائین میآید. در فیلترهای هیبرید که از هر دو تکنولوژی استفاده میشود نه تنها راندمان غبارگیری آن بالاتر از هر کدام از دو روش دیگر غبارگیری است بلکه مقدار ۲.۵ PM آن نیز کمتر میباشد.

مزیت ذکر شده فوق برای فیلتر هیبرید یکی از دلایل تحقیقات متعددی است که مراکز تحقیقاتی و شرکتهای مختلف در اروپا و آمریکا برای ترکیب کردن تکنولوژی فیلترهای الکتریکی و کیسهای در حال اجراء دارند.