Система аспирации воздуха – специально организованный процесс, при котором происходит локальное удаление загрязненного воздуха из места пыления так, чтобы не допустить распространение загрязнений на все помещение. Отличие аспирации от вентиляции в том, что вентиляция работает с чистым воздухом, и предназначена для подачи свежего воздуха в помещение и удаления воздуха с повышенным содержанием углекислого газа. Аспирация работает с воздухом, загрязненным в ходе технологических процессов пылью или газообразными загрязнениями, и по этой причине имеет свои особенности.

Локализация области загрязнения в аспирационной системе

Как правило, загрязнение воздуха на производстве происходит локально, например, в зоне пересыпки сыпучих материалов, в зоне работы станков, в зоне химических реакторов – то есть связано с каким-либо производственным процессом.  При этом достаточно оградить такую зону заграждением и организовать вытяжку воздуха, чтобы не допустить попадание загрязняющих агентов в остальное помещение. Расчет такого укрытия или вытяжного зонта следует производить исходя из двух основных принципов: во-первых, необходимо удалять весь загрязненный воздух, во-вторых, не захватывать лишний чистый воздух, чтобы не перегружать систему аспирации.

Расчет производительности аспирационной системы

Проектирование системы аспирации сводится в первую очередь к правильному расчету ее производительности. Количество вытяжных зонтов, диаметры воздуховодов,  характеристика фильтра, модель вентилятора – все составляющие системы должны быть согласованы. От производительности аспирационной системы, как правило, зависит ее стоимость, при прочих равных характеристиках.

Особенности установки воздуховодов системы аспирации

В отличии от вентиляционных воздуховодов, по которым перенаправляется чистый воздух, воздуховоды аспирационной системы работают в более тяжелых условиях. При удалении химически агрессивного загрязнения, необходимы химически стойкие воздуховоды, При удалении абразивной пыли используют толстостенные износостойкие воздуховоды. Общие правила подбора воздуховодов касаются расчетных скоростей воздуха – для газообразных загрязнений не менее 10 м/с, для пыли – не менее 15 м/с. Такие требования связаны с опасностью осаждения пыли в воздуховодах и их обрушении. По этой же причине часто производится монтаж воздуховодов под небольшим углом к горизонту.

Подбор устройств фильтрации аспирационной системы

Оборудование для очистки воздуха аспирационных систем вентиляции подбирается под тип и характеристики загрязнения.

Циклоны и аналогичные инерционные аппараты устанавливаются для очистки воздуха от крупных твердых частиц, таких как песок, опилки, крупная абразивная пыль. Важным ограничением работы циклонов является слипаемость пыли или волокнистая структура пыли, — факторы, которые могут привести к закупоркам и необходимости регулярной чистки. Следует также учитывать, что мелкую пыль, размером менее 10 мкм, циклоны улавливают с низкой эффективностью. Часто циклоны устанавливаются в качестве первой ступени очистки воздуха, чтобы выловить крупные частицы и снизить нагрузку на вторую, более эффективную ступень фильтрации.  Аэродинамическое сопротивление стандартных циклонов составляет 1000-1500 Па.

Рукавные фильтры с тканевыми фильтровальными элементами применяются под такие же задачи, что и циклоны, а также имеют похожие ограничения по слипаемости пыли и не допущении конденсации влаги из воздуха, плюс ограничение по температуре. Эффективность рукавных фильтров существенно выше, чем у циклонов, но и устройство сложнее – присутствуют сменные элементы (рукава), система регенерации фильтров (продувка/встряхивание), система автоматики. Аэродинамическое сопротивление рукавных фильтров составляет 1200 -1500 Па.

Скрубберы и различные мокрые фильтры, использующие воду для «промывки» аспирируемого воздуха, применяются в системах аспирации как  для очистки от пыли, так и для очистки от газообразных составляющих. Важным преимуществом гидрофильтров является отсутствие сменных элементов, фильтром служит организованная водная завеса – газо-жидкостный слой. При добавлении в воду химических реагентов, например, щелочи, можно существенно повысить эффективность очистки воздуха от вредных газов с неприятным запахом. Для работы гидрофильтров необходим доступ к чистой технической воде, а также требуется организовать утилизацию загрязненной воды. Для этих целей на предприятиях существуют промышленные канализации и отстойники. Эффективность очистки воздуха от пыли в гидрофильтрах находится на уровне эффективности рукавных фильтров, и для большинства промышленных аэрозолей составляет 98 – 99,5%.   Аэродинамическое сопротивление гидрофильтров составляет 800 – 2000 Па, и как правило, коррелирует со степенью воздухоочистки.

Электрофильтры в системах аспирации воздуха используются не очень часто по причине их высокой стоимости. Эффективность очистки воздуха от пыли в электрофильтрах может быть на порядок выше, чем у рукавных фильтров, но и стоимость при этом также на порядок выше. Связано это как с большими габаритами электрофильтров из-за требования низкой скорости фильтруемого воздуха, так и со сложностью оборудования – наличия высоковольтного напряжения, системы электроизоляторов, системы регенерации осадительных электродов, автоматики. Ограничением применимости электрофильтров может быть удельное сопротивление пыли, которое должно находиться в определенных пределах. Аэродинамическое сопротивление среднего электрофильтра составляет 300 – 600 Па.

Объединение нескольких зон пыления в одну систему аспирации

При наличии нескольких источников загрязнения система аспирации усложняется – необходимо спроектировать ее работу таким образом, чтобы учитывать режимы включения/выключения разных вытяжек, при этом не снижая скорость воздуха в воздуховодах ниже критического значения. В некоторых случаях не получается объединить все зоны пыления в одну аспирационную систему и приходится разбивать схему на 2, 3 или более независимых линии.

Подбор вентилятора для аспирационной системы

Для подбора вентилятора помимо таких характеристик как коррозионная стойкость и взрывозащита необходимо знать два параметра системы аспирации – производительность по воздуху (м3/ч) и суммарное аэродинамическое сопротивления линии (Па). Производители вентиляторов для каждой модели приводят расход-напорную характеристику, в соответствии с которой производится подбор оборудования. Возможность установки частотного преобразователя для плавного регулирования оборотов колеса вентилятора часто упрощает настройку аспирационной системы. Для длительной и надежной работы вентилятора система фильтрации в линии аспирации должна справляться с имеющимися загрязнителями, чтобы избежать налипания пыли на колесе вентилятора. Вентиляторы часто оснащаются автоматикой, чтобы в случае дисбаланса и вибрации своевременно произвести чистку или требуемый ремонт подшипников.

Установка аспирационных систем производится в соответствии с проектом сертифицированной монтажной организацией с последующим пуском-наладкой.

Источники металлической пыли

В большинстве технологических процессов металлическая пыль образуется за счет абразивного воздействия на металлические заготовки. Различные шлифовальные, абразивные, полировальные станки, обрабатывающие металл, должны оснащаться местными вытяжными устройствами. Подготовка металла к обработке также сопровождается пылением —   в первую очередь это чистка металла от ржавчины или старой покраски, во вторую – резка металла абразивными отрезными кругами.

Как правило, при подобных процессах воздух загрязняется смесью частиц от металла, оксидов металла, пыли самого абразива и остатками лакокрасочного покрытия. Таким образом, загрязнение воздуха металлической пылью сопровождается присутствием абразивной пыли.

Характерный размер металлической пыли при абразивном воздействии достаточно крупный – от 5 мкм и выше, при этом сама пыль является достаточно тяжелой, что позволяет ее улавливать с высокой эффективностью большинством типов воздухоочистных аппаратов.

В ряде процессов металлическая пыль может получаться в процессе возгонки, т.е. за счет конденсации паров металлов при охлаждении в воздухе. Такая пыль, состоящая в основном из возгонов металлов имеет характерный размер менее 1 мкм и практически не улавливается инерционными аппаратами, такими как циклоны или скрубберы.

Также в некоторых процессах используются готовые металлические порошки, в процессе их пересыпки может происходить вынос пыли в воздух. Например, при производстве пенобетона используется алюминиевая пудра, при этом очистка воздуха от такой пыли осложняется ее взрывоопасностью. При контакте с водой происходит химическая реакция окисления алюминия с выделением водорода, при этом возможно достижение взрывоопасных концентраций.

Защита от металлической пыли

Для успешного решения проблем, связанных с запыленностью рабочего места металлической и абразивной пылью, необходимо решить две задачи: локализовать источник загрязнения и организовать вытяжку необходимой производительности. Если источником пыления является шлифовальный, обдирочный или абразивный станок, то необходимо убедиться, что встроенная система вытяжки воздуха исправна. Под исправной системой вытяжки подразумевается система, захватывающая весь запылённый воздух и направляющая его в фильтровальный аппарат.  Производительность вытяжки и устройство вытяжного зонта должны на всех режимах работы обеспечивать полное удаление запыленного воздуха в систему аспирации. В ряде случаев, если локальная вытяжка в силу особенностей источника загрязнения воздуха не может обеспечить необходимую производительность, необходимо организовать защитное ограждение рабочей зоны и использовать средства индивидуальной защиты.

Фильтровальные аппараты для очистки воздуха от металлической и абразивной пыли

Циклоны

Наиболее универсальные аппараты инерционной очистки воздуха, способные улавливать пыль размером от 5 мкм и крупнее. Часто используются в качестве первой ступени воздухоочистки, улавливая 90% наиболее крупных частиц, при этом снижая пылевую нагрузку на аппарат второй ступени. Сбор уловленной пыли происходит в бункере циклона в сухом виде. Абразивная пыль может вызывать повышенный износ стенок циклона и тем самым сокращает срок службы аппарата.

Тканевые фильтры

Наиболее распространенные аппараты, использующиеся в аспирационных системах. Характеристики работы зависят от применяемого типа фильтровальной ткани и системы регенерации – то есть очистки ткани от уловленных частиц. В зависимости от условий работы происходит износ тканевых фильтров, которым требуется регулярная замена.

Гидрофильтры

Инерционные аппараты, использующие воду для улавливания пыли. В отличии от циклонов, в которых возможен отскок частиц от стенки аппарата и проскок пыли в чистую зону, в гидрофильтрах частицы пыли ударяются о толщу воды, смачиваются и прилипают к поверхности жидкости. Таким образом, гидрофильтры в целом более эффективны по сравнению с сухими циклонами, но при этом требуют наличие воды и не способны улавливать пыль в сухом виде.

Опасность абразивной и металлической пыли при постоянном нахождении в воздухе рабочей зоны состоит в негативном воздействии на здоровье работников, вызывая профессиональные заболевания дыхательных путей.

Установка для сбора абразивной пыли, которая по каким-либо причинам осела на поверхность пола или на другие плоские поверхности, как правило представляет из себя промышленный пылесос.  В таком пылесосе фильтр установлен перед вентилятором, чтобы не происходило абразивного износа рабочего колеса или крыльчатки. Часто используются мокрые пылесосы, в которых в качестве фильтровального слоя используется водяная завеса. Такими пылесосами удобно удалять отходы абразивных материалов в виде пыли, уже осевшей в помещении, но если такое явление происходит, то это говорит о неправильной работе общей аспирационной вытяжной системы.

Особенности очистки

Очистка дымовых газов от очистки запыленного воздуха отличается повышенной температурой газов и наличием газообразных примесей, в основном оксидов серы и оксидов азота.

Практически любые технологии, которые применяются для очистки запыленного воздуха, можно использовать для очистки дымовых газов, при условии предварительного охлаждения газов и учета оксидов серы и азота (SOx, NOx), которые в случае контакта с влагой могут образовывать серную и азотную кислоты. Оборудование для очистки дымовых газов учитывает такие особенности эксплуатации.

Источники и типы загрязнений дымовых газов

Источниками дымовых загрязнений в промышленности являются разного рода печи – сушильные, барабанные, плавильные и другие, а также отопительные котлы, инсинераторы и другие устройства, использующиеся для сжигания топлива. Топливом могут случить как традиционные ископаемые – природный газ, бурый и каменный угли, торф, дрова, так и бытовые отходы, включающие в себя пластмассы.

Состав дымовых газов зависит от вида используемого топлива и устройства печи. Также, в случае если дымовые газы используются для осушения сыпучих материалов, то к составу примешивается пыль от осушаемых веществ. Как правило, в состав дымовых газов кроме зольных частиц входят бенз(о)пирен, формальдегиды, альдегиды, угарный газ и другие особо вредные вещества.

К аэрозольному загрязнению, которое возникает в процессе горения, относятся зольные частицы, сажа и другие несгоревшие остатки топлива. При этом фракционный состав пыли зависит от вида топлива и способа сжигания, — так при слоевом сжигании угля средний размер частиц обычно около 20 – 30 мкм, а при пылевом сжигании около 10 мкм.

К газообразному загрязнению относят оксиды серы, оксиды азота, причем оксиды азота могут образовываться из атмосферного азоты при высокой температуре горения.

На практике для очистки дымовых газов используются инерционные аппараты – циклоны, золоуловители, устройства ВЗП. Как правило, общая эффективность таких аппаратов редко превышает 90%, по причине того, что инерционные аппараты при допустимых гидравлических перепадах практически не способны поймать частицы мельче 5 мкм.

Методы и способы очистки дымовых газов: мокрые пылеуловители (скрубберы), рукавные фильтры, электрофильтры

Очистка дымовых газов на ТЭЦ обычно состоит из двух ступеней.

В качестве второй ступени очистки используются мокрые скрубберы, рукавные фильтры или электрофильтры.

Рукавные фильтры для задач очистки дымовых газов следует подбирать с большой осторожностью. Во-первых, температура дымовых газов может оказаться слишком высокой для нетканого материала рукавов фильтра, во-вторых, при предварительном снижении температуры дымовых газов повышается относительная влажность, и возможно выпадение конденсата – что крайне негативно скажется на эксплуатации рукавных фильтров.

Электрофильтры способны очищать дымовые газы с высокой эффективностью – до 99,9% и выше, при условии правильного подбора и эксплуатации. Внедрение электрофильтров ограничивает их высокая стоимость – большие габариты и наличие высоковольтного источника питания. Также электрофильтры имеют свои особенности и ограничения, связанные с удельным сопротивлением улавливаемой пыли, способах очистки осадительных электродов и недопущения таких явлений как «обратная корона».

Приемущества мокрых пылеуловителей (скрубберов) при очистке дымового газа

Мокрые скрубберы обладают несомненным преимуществом для очистки дымовых газов, по причине улавливания как пыли (сажевых и зольных частиц) так и газообразных примесей. Эффективность очистки дымовых газов от оксидов серы и оксидов азота зависит и от устройства мокрого скруббера, и от состава используемой жидкости. Чем выше рН жидкости (наличие щелочи), тем с более высокой эффективностью улавливаются кислые газы – оксиды серы, оксиды азота, углекислый газ и другие.

Оборудование для очистки дымовых газов должно быть устойчиво к воздействию высоких температур и возможной химической коррозии.

Чистота атмосферного воздуха является важным показателем качества жизни и однозначно соотносится со статистическими данными по респираторным и онкологическим заболеваниям в регионе. Промышленные производства являются главным источником загрязнений атмосферного воздуха, наряду с транспортом и теплотехническими сооружениями. В соответствии с Федеральным Законом №96-Ф3 «Об охране атмосферного воздуха» устанавливаются предельно допустимые выбросы предприятий на основе нормативного расчета и с учетом фонового уровня загрязнений.

Очистка воздуха на производстве осуществляется специальными воздухоочистительными агрегатами – циклонами, скрубберами, промышленными фильтрами. Как правило, сначала локализируются источники загрязнений – пыли и испарений, после чего системой аспирационной вытяжки загрязненный воздух подается в установку очистки.

Аспирация воздуха отличается от вентиляции тем, что в вентиляции работа системы сосредоточена на распределении воздуха как такового, а в аспирации воздух рассматривается, прежде всего, как носитель загрязнений, помогающим доставить пыль или испарения до газоочистного оборудования.

Выбор воздухоочистного оборудования в зависимости от загрязняющих веществ

Очистка воздуха на производстве обычно характеризуется оборудованием, рассчитанным на высокие концентрации загрязняющих веществ. В зависимости от типа загрязнения для воздухоочистки на предприятии производится специальный подбор оборудования:

— Если загрязнителем является пыль, зола или любые другие твердые частицы, без примеси жидких капель или вредных газов, то выбор оборудования для фильтрации воздуха на производстве достаточно обширен: циклоны, скрубберы, карманные фильтры, рукавные фильтры, электрические фильтры, электростатические фильтры и многие другие аппараты для промышленной очистки воздуха.

— Если загрязнителем кроме твердых частиц является и капельная жидкость, т.е. жидкие частицы, например туманы масел, жиров, а также просто вода, то список применимого оборудования существенно сокращается. Как правило, для улавливания таких загрязнителей используют скрубберы и мокрые электрофильтры. Другие типы оборудования очистки воздуха на производстве при улавливании жидких частиц, например, тканевые фильтры, не используются.

— Если загрязнителем является газообразное вещество, например, пары химических реактивов, продукты горения или испарения, то для очистки воздуха на производстве используют катализаторные фильтры, адсорбционные фильтры, а также абсорбционные аппараты – скрубберы.

Подбор оборудования для очистки воздуха на производстве начинается с формулировки задачи – с заполнения опросного листа, в котором заявитель подробно описывает технические детали. Для правильного подбора оборудования нужно знать не только необходимую производительность системы и тип загрязнений, но и габаритные ограничения помещений, допустимые гидравлические сопротивления воздуховодов, режим работы оборудования, требования по автоматике, ситуацию по утилизации уловленных отходов и множество других факторов.

Принцип работы различных типов оборудования для воздухоочистки на производстве

По принципу работы оборудование для промышленной очистки воздуха можно разделить на несколько типов:

Инерционные аппараты

Оборудование для очистки воздуха от пыли и твердых частиц, работающее на эффектах центробежной сепарации или резкой смене направления запыленного потока газов.

Абсорбционные аппараты

Оборудование для очистки воздуха от газообразных примесей, работающее за счет осуществления длительного контакта газ/жидкость —  промывка воздуха водой или поглотительным раствором.

Мокрые пылеуловители

Скрубберы, газопромыватели, гидрофильтры – оборудование для промышленной очистки газа от пыли и твердых частиц, а также от газообразных примесей. Для работы требуется вода или поглотительный раствор, а также система дальнейшей утилизации загрязенной воды.

Каталитическая очистка

Применяется для промышленной очистки воздуха от газообразных примесей. Как правило, воздух должен иметь высокую температуру и не содержать пыль или компоненты серы.

Тканевые фильтры

Оборудование для очистки воздуха от пыли и твердых частиц, работающее за счет механизмов зацепления за волокна и образующегося автослоя, требуют регулярной регенерации (встряхивания или продувки).

Электрические фильтры

Оборудование для промышленной очистки воздуха от пыли и  твердых частиц, работающее за счет предварительной зарядки частиц и их дальнейшем осаждении на поверхность электродов под воздействием электромагнитного поля. Требуется регенерация — очистка электродов от осевшей пыли (встряхивание).