Duman gazı arıtma için yüksek verimli aşınmaya dayanıklı siklon ayırıcıları

Endüstriyel baca gazı arıtımında (rookgasbehandeling), yüksek verimli siklon ayırıcılar, uçucu kül ve kaba partikül maddelerin giderilmesinde kritik birincil aşama olarak hizmet eder. Baca gazları genellikle sıcak, aşındırıcı ve aşındırıcı parçacıklarla dolu olduğundan standart karbon çeliği yapı yetersizdir. Silisyum karbür, döküm bazalt veya aşınmaya dayanıklı çelik alaşımları gibi aşınmaya dayanıklı astarların kullanılması, yüksek hızlı aşınma bölgelerinde hızlı duvar incelmesini önlemek için çok önemlidir. Bu, uzun vadeli operasyonel güvenilirlik, yapısal güvenlik ve ikincil filtreleme öncesinde tutarlı partikül giderme verimliliği sağlar.

Siklon ayırıcı, girişteki gaz akışının doğrusal hızını döner, sarmal bir girdaba dönüştürerek çalışır. Partikül ayrımı, merkezkaç kuvvetiyle gerçekleştirilir ve daha ağır partiküller, momentumlarını kaybedecekleri ve bir toplama hunisine düşecekleri dış duvara doğru zorlanır.

Bir siklonun verimliliği büyük ölçüde "kesme çapına" (d_{50) yani tam olarak %50 verimlilikle toplanan parçacık boyutuna bağlıdır. Bu Lapple denklemi ile matematiksel olarak modellenmiştir:

Yüksek verimlilik elde etmek için aerodinamik tasarım, kabul edilebilir basınç düşüşü sınırlarını aşmamaya dikkat ederek türbülansı en aza indirirken giriş hızını ve etkili dönüş sayısını maksimuma çıkarmalıdır.

Kömür yakıtlı kazanlardan, biyokütle yakma fırınlarından veya eritme fırınlarından çıkan baca gazı akıntıları, ciddi bir aşındırıcı görevi gören uçucu kül içerir. En yüksek aşınma iki ana bölgede meydana gelir:

1. Hedef Alan: Parçacıkların ilk yüksek etkili vuruşunu yaptığı, girişin tam karşısındaki silindir duvarı.

2. Alt Koni: Girdabın daraldığı, dönme hızını büyük ölçüde arttırdığı ve aşındırıcı tozun sıkı, son derece aşındırıcı bir aşağı doğru sarmal oluşturmaya zorlandığı yer.

Erozyon hızı hızın küpüyle orantılı olduğundan (E propto v^3), gaz akışındaki hafif artışlar bile metal aşınmasında üstel artışlara yol açabilir.

Baca gazı arıtımının zorlu koşullarıyla mücadele etmek için siklon içleri, belirli termal ve aşındırıcı yüke göre özel olarak tasarlanmış malzemelerle kaplanır veya inşa edilir.

• Hardox / Aşınmaya Dayanıklı (AR) Çelik: Giriş ve üst silindirde kullanılır. Darbe dayanıklılığı açısından mükemmel olmasına rağmen, standart AR çeliğinin termal sınırları vardır (genellikle 400C'nin üzerinde yumuşar).

• Refrakter Beton: İç astar olarak uygulanır. Yüksek sıcaklıklarla iyi başa çıkar ancak kayda değer bir ağırlık ekleyerek siklon kabuğu için ağır hizmet tipi yapısal destek gerektirir.

• Seramik Kaplamalar (Silisyum Karbür / Alümina): Zorlu koşullar için endüstri standardı. Yüksek saflıkta alümina (%92-%95) veya silisyum karbür fayanslar aşırı sertlik ve kimyasal inertlik sağlayarak hem ciddi erozyona hem de asidik gaz korozyonuna direnç gösterir.

• Dökme Bazalt: Gelişmiş seramiklerden daha kırılgan ve daha ağır olmasına rağmen mükemmel kayma aşınma direnci sunan, uygun maliyetli, volkanik kaya bazlı bir astar.

Siklon ayırıcınızın ömrünü ve verimliliğini en üst düzeye çıkarmak sıkı bir operasyonel kontrol gerektirir:

• Giriş Hızı Optimizasyonu: Giriş hızı çok düşerse merkezkaç kuvveti zayıflar ve ayırma verimliliği düşer. Çok yüksek çalışırsa verimlilik zirve yapar ancak aşınma ve basınç düşüşü katlanarak artar.

• Daldırma Borulu Sızdırmazlık Bütünlüğü: Alt boşaltma noktasındaki hava girişi (daldırma borusu veya döner valf), aşağı doğru girdabı bozarak yakalanan tozun yeniden sürüklenmesine ve egzoz yoluyla taşınmasına neden olur.

• Termal Genleşme Yönetimi: Seramik veya bazalt fayans kullanırken mühendisler, kazan başlatma ve kapatma döngüleri sırasında çatlamayı önlemek için çelik kabuk ile sert astar arasındaki farklı termal genleşme katsayılarını hesaba katmalıdır.

S: Siklonumun iç kaplamasının arızalı olup olmadığını nasıl anlarım?

C: İkincil filtrenizdeki (torba filtre veya ESP gibi) partikül yüklemesinde ani, açıklanamayan bir artış genellikle duvarın incelmesine veya siklonda "üfleme" olduğuna işaret eder. Ek olarak siklonun dış yüzeyinin termal görüntülemesi, iç refrakter veya seramik kaplamanın koptuğu veya aşındığı sıcak noktaları ortaya çıkarabilir.

S: Yüksek verimli bir siklon, baca gazı için bir torba filtrenin yerini alabilir mi?

C: Nadiren. Yüksek verimli siklonlar kaba parçacıkları (>10 µm) çıkarmada ve yığın parçacık yükünü aşağı yöndeki ekipmandan almada mükemmeldir, ancak mikron altı parçacıkları (PM2.5) etkili bir şekilde yakalayamazlar. Torba filtrelerini aşındırıcı aşınma ve kıvılcım kaynaklı yangınlardan korumak için ön ayırıcı olarak en iyi şekilde çalışırlar.

S: Basınç düşüşünü (P) artırmak her zaman ayırma verimliliğini artırır mı?

C: Bir noktaya kadar. Daha yüksek basınç düşüşü genellikle daha yüksek gaz hızı ve daha güçlü merkezkaç kuvvetleriyle ilişkilidir ve bu da ayırmayı iyileştirir. Bununla birlikte, optimum tasarım noktasının ötesinde aşırı hız, tozun yeniden sürüklenmesine neden olan türbülansa neden olur, fan enerjisini boşa harcarken verimliliği düşürür ve aşınmayı hızlandırır.