При проектировании системы пылеулавливания в центре внимания часто оказывается фильтрующее устройство (пылесборник). В результате проектировщики системы могут упускать из виду другие факторы, например опции, которые следует рассматривать для воздуха, выходящего из пылесборника. В этой статье объясняются некоторые возможности и сложности для воздуха, выпускаемого из фильтрующих устройств. Для старых систем пылеулавливания использовался очень простой подход к тому, что происходило с воздухом, который выходил из пылесборников: он просто выпускался наружу, в атмосферу. Такой подход использовался независимо от того, находились ли пылесборники в помещении или снаружи. Хотя в отдельных случаях он может оставаться актуальным, текущие задачи по экономии энергии, обработке горючей пыли и соблюдению экологических норм предполагают целесообразность дополнительных мер.

1. Экономия энергии: выпускной воздух требует замещения

В процессе работы системы пылеулавливания воздух затягивает пыль в пылесборник, оставляя после себя разрежение, которое должно заполняться новым воздухом. Это может быть просто в регионах с умеренным климатом, но многим предприятиям приходится вкладывать силы и средства, чтобы создать сотрудникам комфортные условия работы. Это означает, что вследствие выпуска очищенного воздуха наружу и необходимости его замены возрастает нагрузка на системы обработки подпиточного воздуха и увеличиваются эксплуатационные расходы.

Решением, позволяющим не терять средства, вкладываемые подогрев или охлаждение, может быть возврат очищенного воздуха обратно в здание после его обработки в пылесборнике. Эта опция обычно предусматривает использование высокоэффективных фильтрующих материалов для эффективного удаления твердых частиц, чтобы обеспечить рециркуляцию воздуха. Этот подход может обеспечить значительную экономию, если предприятие работает при экстремальных погодных условиях, но, прежде чем возвращать воздух в помещения, вам, возможно, придется оценить некоторые дополнительные капитальные затраты.

При использовании многих методов проектирования рекомендуется оснащать системы рециркуляции воздуха системой мониторинга, которая должна отслеживать качество возвращаемого в рабочие помещения воздуха. Достаточно широко распространен подход, когда между пылесборником и каналами выпуска воздуха в помещения в качестве фильтров системы мониторинга дополнительно устанавливаются фильтры HEPA или ASHRAE. При задержании даже относительно небольшого количества пыли на фильтрах HEPA и ASHRAE обычно довольно быстро увеличивается перепад давления. Будучи установленными после пылесборника, выполняющего предварительную очистку, они могут контролировать содержание пыли в возвратном воздухе и в случае увеличения перепада давления предупреждать оператора о явной утечке через фильтр предварительной очистки. Пыль, прошедшая через фильтр предварительной очистки, задерживается фильтром HEPA, а, значит, не возвращается в рабочие помещения. При нормальных условиях фильтр HEPA или ASHRAE задерживают так мало пыли, что перепад давления будет оставаться низким и стабильным, а срок службы фильтров останется приемлемым. Это сводит к минимуму затраты на техобслуживание фильтров системы мониторинга.

Окупает ли экономия на рециркуляции воздуха дополнительные капиталовложения? Ниже приведен расчет экономии энергии для системы пылеулавливания с пропускной способностью 10 000 фут³/мин (или 17 000 м³/ч), работающей 168 часов в неделю в Мэдисоне (шт. Висконсин, США).

Затраты на подогрев подпиточного воздуха можно рассчитать по следующей формуле:

Сокращение затрат = (0,154 x Q x T x D x C) ÷ q

Таким образом, для нашего примера затраты на подогрев составят:

(0,154 x 10 000 x 168 x 7673 x 6,11) ÷ 824 000 = 14 720 долларов США в год

Затраты на охлаждение также можно рассчитать по следующей формуле:

Затраты на охлаждение = (0,0000258 x Q x T x H x C)

Таким образом, для нашего примера ежегодные затраты на охлаждение составят:

(0,0000258 x 10 000 x 168 x 293 x 0,0804) = 1021 долларов США в год

Возврат отфильтрованного воздуха и отсутствие необходимости замещать очищенный воздух, выпускаемый из фильтрующего оборудования, обеспечивают общую экономию на подогреве и охлаждении необходимого подпиточного воздуха в размере почти 16 000 долларов США в год. Это экономия за каждый год работы фильтрующего оборудования.

Дополнительная экономия может быть достигнута за счет установки автоматической системы управления воздушным потоком с приводом с регулируемой скоростью, которая будет поддерживать расчетный воздушный поток и равномерно распределять нагрузку на систему подпитки воздуха. Эта система позволяет экономить больше за счет использования фильтрующих материалов с поверхностной фильтрацией, которые обеспечивают меньший перепад давления. Если система работает при давлении 0,5 кПа (2 дюйма вод. ст.) и оснащена не обычным фильтрующим материалом, а улучшенным материалом с поверхностной фильтрацией, то для той же системы с пропускной способностью 10 000 фут³/мин (или 17 000 м³/ч) дополнительная расчетная годовая экономия за счет меньшего энергопотребления составляет еще 2262 долларов СШ в год благодаря более низкому перепаду давления.

При этом не указана еще и экономия за счет меньших капиталовложений, необходимых для системы подпиточного воздуха. Приступая к новому проекту, обратитесь в местные коммунальные компании и узнайте о доступных скидках и программах стимулирования дополнительных капиталовложений в энергоэффективную систему. 

2. Факторы, связанные с горючей пылью

Системы пылеулавливания, позволяющие задерживать горючую пыль, могут потребовать дополнительных капиталовложений, чтобы не допустить возврата тепловой энергии или дыма от пожара обратно в помещение. Аварийная заслонка — это одно из средств, предусмотренных стратегией снижения рисков, которые помогают снизить риски возгораний в пылесборнике и возврата продуктов горения в рабочие помещения (см. Рисунок 1).

Аварийная заслонка получает сигнал от специального датчика, установленного на пылесборнике или рядом с ним. Когда этот датчик срабатывает, аварийная заслонка закрывается. При таком ее положении воздух, отводимый из пылесборника, направляется наружу, а не обратно в здание. Для срабатывания аварийной заслонки можно использовать различные датчики, но чаще всего это детекторы, отслеживающие наличие искр или дыма в линии после пылесборника.

Если ваше предприятие находится в регионе, где требуется учитывать погодные условия, то в течение года могут быть периоды, когда воздух лучше не возвращать в здание. В жарком климате летом предпочтительнее выводить горячий воздух наружу. В этих условиях, чтобы вывести горячий воздух наружу, а не возвращать его в здание, аварийную заслонку часто открывают вручную. Но следует помнить, что при работе пылесборника с выведением воздуха наружу увеличится нагрузка на систему подачи подпиточного воздуха.

Помните, что независимо от того, планируете ли вы оснастить выпускной воздуховод фильтром системы мониторинга, аварийной заслонкой или и тем, и другим, помимо капитальных затрат на оборудование, будут еще и энергозатраты на прогон воздуха через различные устройства. При расчете энергозатрат (статическое давление) на поддержание потока воздуха внутри своей исходной системы следует учесть энергозатраты на ускорение и направление воздуха, окружающего ваше оборудование, в вытяжки, чтобы он затягивал пыль в пылесборник. Необходимо также добавить затраты на поддержание статического давления, чтобы воздух и пыль перемещались по всей сети воздуховодов (включая повороты, соединения и прямые каналы) до самого пылесборника. Требуется включить еще и энергозатраты на преодоление воздухом сопротивления воздуховодов на отрезке от пылесборника то точки выведения. И, наконец, надо включить энергозатраты на поддержание статического давления, позволяющего воздуху проходить через пылесборник и фильтры. Уровень энергопотребления пылесборника высок, так как он должен создавать такую мощность статического давления, которая достаточна для прохождения воздуха через фильтры, даже если они в конце срока службы настолько загрязнены, что требуют замены. Сложив все эти энергозатраты, можно понять, какой вентилятор вам нужен.

Теперь, если вы планируете установить фильтр системы мониторинга или аварийную заслонку, то вам может потребоваться дополнительно увеличить статическое давление, чтобы прогонять воздух и через эти устройства. Проверьте, нужно ли вам модернизировать или заменить уже имеющийся вентилятор, чтобы он мог поддержать расчетные скорости потока.

Для задержания и отведения горючей пыли возникает дополнительный фактор — необходимость соблюдения таких стандартов, как NFPA (разработанный Национальной ассоциацией противопожарной защиты США). Они требуют монтажа устройств для изоляции разных единиц технологического оборудования друг от друга или воздуховодов, по которым воздух возвращается в рабочие помещения. Эти устройства помогают снизить риск дефлаграции в пылесборнике, при которой тепловая энергия или пламя возвращаются в рабочее помещение. Такие изолирующие устройства срабатывают по сигналам датчиков, установленных рядом с пылесборником и позволяющих обнаружить опасную ситуацию в нем. При срабатывании изолирующего устройства воздуховод перекрывается, чтобы пламя и тепловая энергия не попали обратно в рабочее помещение. В механических изолирующих устройствах обычно используются заслонки, которые закрываются за доли секунды мощным закрывающим механизмом, например с приводом от сжатого газа. Химическая изоляция — это тип изоляции, предусматривающий использование специальных канистр или пушек, которые с помощью сжатого газа быстро распыляют в воздуховоде огнетушащие вещества. Изолирующие устройства монтируются не только на воздуховоде возврата воздуха из пылесборника, но и на его впускном воздуховоде, чтобы уменьшить риск возврата тепловой энергии и пламени в технологическую линию.

3. Нормативные требования к мониторингу воздуха

Если технологический процесс связан с использованием или производством опасных загрязнителей воздуха, то местные, федеральные или региональные требования могут обязывать вас контролировать качество воздуха, выводимого вашим предприятием в атмосферу. Для мониторинга содержания пыли в воздухе, выводимом из пылесборника, и записи показателей работы пылесборника может потребоваться детектор повреждений рукавных фильтров с сигнализацией (см. Рисунок 2). Эти детекторы устанавливаются в воздуховоде или трубе для выведения чистого воздуха и должны быть откалиброваны по расчетному объему воздуха. После установки и калибровки эти детекторы часто можно настроить так, чтобы они не только осуществляли мониторинг, но и периодически записывали данные о содержании пыли, чтобы обеспечить постоянный сбор данных о работе пылесборника. Некоторые конструкции детекторов повреждений рукавных фильтров могут отслеживать циклы импульсной очистки пылесборника и сопоставлять повышенный уровень выброса пыли с конкретным циклом. Устройства с такими конфигурациями являются инструментами профилактического обслуживания, помогая оператору пылесборника сузить область поиска поврежденных фильтров.

Мониторы часто оснащаются контурами звуковой сигнализации или визуальными световыми индикаторами для предупреждения операторов о сбоях. Эти мониторы используются также для активации устройств, таких как аварийные заслонки, когда содержание твердых частиц резко возрастает, например при задымлении, вызванном тлением на фильтре.

Итог

Рассчитывая стоимость пылесборника, не игнорируйте такой фактор, как выводимый из него воздух. Следует заблаговременно позаботиться о том, чтобы качество воздуха, выводимого из пылесборника, соответствовало всем федеральным, региональным или местным требованиям. Кроме того, обязательно используйте любые возможности, чтобы сделать свой пылесборник более ценным активов, сократив затраты на подогрев или охлаждение воздуха или повышения надежность его работы за счет улучшенных средств мониторинга и более эффективного обслуживания. Непродуманный подход к отведению выпускного воздуха вашего пылесборника прямо в атмосферу просто непозволителен.