Tema 5 (Parte II) Electrofiltros y Lavadores PDF

Prevención y Control de la Contaminación Atmosférica 4º Curso del Grado en Ingeniero Químico Industrial Tema 5 SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II) ELECTROFILTROS y LAVADORES Profesora: Yolanda FERNÁNDEZ NAVA...

Prevención y Control de la Contaminación Atmosférica 4º Curso del Grado en Ingeniero Químico Industrial Tema 5 SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II) ELECTROFILTROS y LAVADORES Profesora: Yolanda FERNÁNDEZ NAVA 1  CONTENIDO Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II): ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI 1. Precipitadotes electrotáticos: Electrofiltros 1.1. Aspectos generales de funcionamiento de electrofiltros 1.1.1. Etapas de la separación electrostática 1.2. Consideraciones de diseño 1.2.1. Tipos de electrofiltros 1.2.2. Diseño de electrofiltros: Eficiencias de eliminación 1.3. Partes principales de un electrofiltro 1.4. Aplicaciones y datos técnicos 2. Separadores por vía húmeda: Lavadores venturi 2 FILTROS DE MANGAS “BAGHOUSE” 3  PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS: ELECTROFILTROS Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II): Las partículas de polvo en suspensión contenidas en una corriente gaseosa se separan de éstos sometiéndolas a la acción de un campo eléctrico intenso, después de haberles ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI comunicado previamente una alta carga eléctrica. Los componetes principales de un precipitador electrostático son los electrodos de descarga (alambres) y los electrodos colectores. En general, los electrodos de descarga tienen polaridad negativa y los colectores, positiva. 4  PRECIPITADORES ELECTROSTÁTICOS: ELECTROFILTROS Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II): Los electrofiltros se diferencian fundamentalmente de los filtros de mangas o de los lavadores en que la fuerza que causa la separación de las partículas es eléctrica y es ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI aplicada directamente sobre las partículas, no indirectamente sobre la corriente de gas. Esto permite eliminar partículas muy pequeñas con altas eficacias, con un consumo eléctrico relativamente bajo y baja pérdida de carga.  Altos rendimientos de separación incluso para  Elevados costes de inversión. partículas de pequeño tamaño (0.05 μm con  No permite separar contaminantes eficiencias colectoras de entre el 90 y 99%). gaseosos.  Capacidad para manejar elevados flujos  Requerimiento de grandes espacios. volumétricos con bajas caídas de presión.  Inflexible a las condiciones de  Permite eliminar tanto partículas secas como operación. húmedas.  Rendimientos de eliminación variables  Bajos costes de operación (excepto para altas en función de las propiedades de las eficacias de separación). partículas (resistividad)  Capacidad para operar con gases a elevadas temperaturas (hasta 700 ºC). 5  ELECTROFILTROS: Etapas de la separación electrostática Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II): ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI 1. Ionización del gas y carga de las partículas 2. Transporte hacia la superficie colectora 3. Separación de las partículas recogidas en la superficie colectora 6  ELECTROFILTROS: Etapas de la separación electrostática Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II): 1. Ionización del gas y carga de las partículas: Efecto corona ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI 2. Transporte de las partículas: Etapa lenta: Determinará el tamaño del electrofiltro Velocidad de migración 3. Eliminación de las partículas separadas Las partículas de polvo depositadas sobre los electrodos receptores se recuperan desprendiéndolas de los mismos por el golpeo mecánico de éstos Posibilidad de rearrastre (resistividad) 7  ELECTROFILTROS: Etapas de la separación electrostática Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II): Valores típicos de velocidades de migración en función de las aplicaciones ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI 8  ELECTROFILTROS: Etapas de la separación electrostática Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II):  Factores que influyen en el rendimiento: Resistividad ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI En general, la resistividad de los materiales está entre 10-3- 1014 Ω·cm, pero para alcanzar altas eficiencias de recolección para polvos se requieren valores entre 107 y 1010 Ω·cm  Para bajas resistividades (1011 Ω·cm) pierde su carga muy lentamente a través de la capa adherida al electrodo colector y como resultado aparece un efecto de corona inverso. El aire atrapado dentro de la capa de polvo se ioniza y se provocan pequeñas explosiones que deshacen la torta  Los parámetros que más influyen en la resistividad de las partículas son:  La temperatura del gas  El contenido en humedad  La composición química de las partículas 9  Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II): ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI ELECTROFILTROS: Consideraciones de diseño 10  ELECTROFILTROS: Consideraciones de diseño Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II): ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI Conversión ºF a ºC ( − 32) = 1.8 Variación de la resistividad con el contenido en azufre y la temperatura 11  Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II): ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI  De placas y alambre  De tubo y alambre ELECTROFILTROS: Consideraciones de diseño 12  ELECTROFILTROS: Consideraciones de diseño Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II):  RENDIMIENTOS DE ELIMINACIÓN ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI Ecuación de Walter Deutsch  Concentración de partículas uniforme en la sección transversal al paso de gas  Velocidad constante del gas en el interior del electrofiltro  Campo eléctrico constante y uniforme  Velocidad de migración de las partículas constante  Re-arratre de partículos recogidas sobre la superficie colectora despreciable w· A A = Superficie de las placas colectoras η =1 − exp (− ) Q = Caudal efectivo de gases Q w = Velocidad de migración de las partículas Ajuste de la fórmula para tener en cuenta el tamaño de partícula k  w· A  Ecuación de Matts-Ohnfeldt η = 1 − exp  −  K oscila entre valores de 0,4 y 0,6  Q  13  ELECTROFILTROS: Partes principales de un electrofiltro Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II): Caja del precipitador, tolvas, electrodos de emisión, placas colectoras, sistemas de golpeo, estructura de soportado y equipo eléctrico y de control. ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI Sección de paso: dependerá fundamentalmente del caudal de gases a tratar Longitud de la caja: dependerá del rendimiento que se quiera conseguir 14  ELECTROFILTROS: Partes principales de un electrofiltro Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II): Longitud total del EPS: Lt = N s ·L p + ( N s − 1)·Ls + Lin + Lout ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI Ns: número de secciones (campos en la dirección del flujo de gas (2-8) Lp: Longitud de la placa colectora (1.0 y 4.0 m) Ls: espacio entre secciones o campos (0.5 y 2.0 m) Lin , Lout: Longitud de la sección de entrada y de salida, respectivamente (3-5 m) Nº de canales: Nº de secciones: Área colectora total: Q ra · h Nd = Ns = A = 2·h·L p · N s · N d u·D·h Lp ra: relación de aspecto (Longitud/Altura del conducto) h: Altura de las placas colectoras (8-15 m) 15  ELECTROFILTROS: Aplicaciones y datos técnicos Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II): Rangos de las variables de diseño en precipitadores electrostáticos ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI 16 SEPARADORES POR VÍA HÚMEDA 17  SEPARADORES POR VÍA HÚMEDA: Lavadores Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II):  Los separadores por vía húmeda son aquellos que utilizan un líquido, generalmente agua o soluciones adecuadas, que permiten recoger las ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI partículas en suspensión en forma de lodos  Existe una gran variedad de lavadores, sin embargo las clasificaremos en los siguientes tipos: - Lavadores de columna: pulverización, relleno - Lavadores tipo ciclón o hidrociclones - Lavadores tipo VENTURI  En un proceso de separación de partículas en un lavador de gases nos encontramos con varias etapas:  Acondicionamiento del gas y polvos, reduciendo la temperatura con el agua  Dispersión del líquido, por una corriente de gas, una boquilla (nozzle) o discos rotatorios  Recogida de las partículas de polvo por el líquido  Separación de las partículas del líquido. 18  SEPARADORES POR VÍA HÚMEDA: Lavadores Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II): VENTAJAS ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI  Dependiendo del diseño, pueden lograr altas eficacias para partículas pequeñas  El gas puede estar a alta temperatura  Pueden eliminarse a la vez contaminantes gaseosos  Caída de presión aceptables DESVENTAJAS  Se generan lodos en el proceso de separación, que es necesario manipular y gestionar  La presencia de agua tiende a aumentar la corrosividad de los materiales.  En ambientes fríos pueden aparecer problemas de congelación.  Para aumentar la eficiencia de separación se requiere una buena dispersión de la fase líquida, y esto requiere a su vez un consumo de energía relativamente alto 19  SEPARADORES POR VÍA HÚMEDA: Lavadores Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II):  LAVADORES DE CÁMARA DE  LAVADORES CICLÓNICOS ASPERSIÓN ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI 20  SEPARADORES POR VÍA HÚMEDA: Lavadores Venturi Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II):  Se basan en producir un cambio en la velocidad relativa del gas en una corriente ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI de líquido para mejorar la transferencia de las partículas hacia el líquido.  Consisten en un canal circular o rectangular que converge en un estrechamiento y diverge después al diámetro original.  Velocidad del gas a la entrada entre 10 y 20 m/s. Velocidad del gas en la garganta entre 50 a 150 m/s.  Alcanzan eficacias de eliminación excelentes para partículas entre 0.5 y 5 μm de diámetro.  La relación L/G requerido aumenta al aumentar la carga de partículas en el gas.  La caída de presión del equipo depende del tamaño de partícula a eliminar y del rendimiento de separación requerido. 21  SEPARADORES POR VÍA HÚMEDA: Lavadores Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II): La eficiencia con que las partículas son capturadas por las gotas de agua aumenta cuando aumenta la relación dp/Db  Número de separación (Ns) ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI ρ · d p2 ·V Ns = ; V: velocidad relativa de la gota respecto de la partícula (vb-vgas) 18 · µ · Db Fracción de partículas que son capturadas por una gota 22  Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II): ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI SEPARADORES POR VÍA HÚMEDA: Lavadores Venturi 23  SEPARADORES POR VÍA HÚMEDA: Lavadores Venturi Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II): ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI Rendimiento de eliminación en función del tamaño de partícula y la caída de presión 24  SEPARADORES POR VÍA HÚMEDA: Lavadores Venturi Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II): ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI La caída de presión es alta y se puede calcular mediante la siguiente expresión: ΔP = -1.02. 10-3. Ug2 (QL/QG) ΔP = cm de columna de agua Ug = cm/s Control y Tratamiento de la Contaminación Atmosférica 25 Curso académico: 2011-12  COMPARACIONES DE EQUIPOS Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II): Aplicabilidad de los diferentes equipos de separación en función del tamaño de partícula a eliminar ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI 26  Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II): ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI CONVERSOR DE UNIDADES 27  Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II): ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI CONVERSOR DE UNIDADES 28  Tema 5. SISTEMAS DE ELIMINACIÓN DE PARTÍCULAS (II): ELECTROFILTROS y LAVADORES VENTURI CONVERSOR DE UNIDADES 29