Éliminer la poussière : sélectionner un système de filtration

Oct 09, 2023

08 mai 2015

La sélection et le dimensionnement d'un système de filtration d'air approprié implique plus que l'utilisation d'une formule technique. Lors du choix entre les filtres à manches et les collecteurs à cartouches, les ingénieurs concepteurs de systèmes de filtration d'air doivent tenir compte de l'application prévue, du volume traité, du type de poussière collectée, de la teneur en humidité, des limitations d'espace et de nombreux autres facteurs.Types de collecteur Pour une grande variété de processus industriels, les filtres à manches à jet pulsé et les collecteurs à cartouche sont les deux technologies les plus couramment sélectionnées pour la filtration de l'air. Les filtres à manches à jet pulsé ont remplacé les systèmes à air inversé et à sac de type secoueur pour la plupart des grandes installations extérieures, tandis que les collecteurs à cartouche plissée sont largement utilisés pour les installations intérieures compactes. Les filtres à manches à jet pulsé (Figure 1) ont été déployés avec succès pour contrôler les émissions dans les industries du fer et de l'acier, des minéraux non ferreux, des services publics au charbon, des déchets dangereux et de la valorisation énergétique des déchets, entre autres. Les conceptions préfabriquées offrent des performances rentables et fiables pour éliminer les émissions de particules des processus industriels à des débits de 500 à 1 million de pieds cubes/min (acfm). Les sacs filtrants, généralement de 6 pouces de diamètre et jusqu'à 16 pieds de longueur, sont soutenus par des cages en acier et montés sur une plaque tubulaire à l'aide d'un "anneau élastique" cousu dans le sac.

Les systèmes de collecteurs à cartouche (Figure 2) sont plus compacts que les systèmes à filtres à manches, permettant des efficacités de collecte élevées pour les applications à faible débit, souvent à des coûts d'investissement et d'installation inférieurs. Contrairement aux sacs filtrants à jet pulsé, les cartouches ne nécessitent pas de cages et les cartouches peuvent être retirées de l'extérieur. Les collecteurs à cartouche sont les plus rentables à des débits allant jusqu'à 20 000 acfm et sont couramment utilisés pour traiter les métaux ferreux et non ferreux, les produits miniers et rocheux, ainsi que les flux de poussière des installations chimiques et alimentaires. Filtre à manches Pulse-Jet ou collecteur de cartouches ? Comment choisir Lorsque vous choisissez entre des collecteurs à jet d'impulsion et à cartouche, ce n'est certainement pas une taille unique. Bien que les sacs filtrants à jet pulsé et les collecteurs à cartouche soient similaires en termes de fonctionnement, la sélection dépend d'un certain nombre de paramètres de conception, notamment :• Application/processus• Type de poussière• Volume d'air• Température• Charge de poussière• Teneur en humidité• Gaz composition• Limites d'espace• Explosivité de la poussière• Coûts d'investissement et de cycle de viePour les applications plus difficiles, telles que les poussières collantes, un filtre à manches est souvent sélectionné car les filtres à sac sont généralement plus indulgents pour libérer les poussières difficiles que les filtres à cartouche. À l'inverse, lorsque l'espace ou la marge est limité, le collecteur de cartouche compact est souvent le meilleur choix.

Les filtres à manches sont généralement sélectionnés lors de processus de ventilation (en particulier les applications chaudes jusqu'à 500 °F), lorsqu'ils sont utilisés comme collecteur de produits ou lors de la manipulation de poussières plus difficiles (hygroscopiques, collantes, etc.). La figure 3 montre un filtre à manches installé sur une application de traitement des métaux.

Les collecteurs à cartouche sont généralement sélectionnés pour ventiler les silos de stockage, les points de transfert et la manutention générale des poussières telles que le calcaire, le ciment et les produits rocheux. En raison de leur conception compacte, les collecteurs de cartouches peuvent être montés directement sur des silos, des points de transfert et d'autres emplacements intérieurs où l'espace est limité. La figure 4 montre un collecteur de cartouches monté dans une usine de conditionnement.

Dans les cas où les exigences du processus pourraient être satisfaites à l'aide de filtres à manches ou à cartouches, le choix se résume souvent aux coûts d'investissement. Les collecteurs à cartouche sont généralement plus économiques jusqu'à 20 000 acfm, et les filtres à manches sont généralement plus économiques à des débits plus élevés, bien qu'il existe des exceptions. Les coûts du cycle de vie doivent également être pris en compte, tels que la fréquence à laquelle les filtres doivent être changés et le coût des filtres de remplacement. En général, les coûts de remplacement des sacs filtrants avec cages de support sont inférieurs à ceux des cartouches sur une base unitaire sans installation. La chute de pression est généralement la même sur tous les filtres, il n'y a donc pas beaucoup de différence dans les coûts d'exploitation, selon l'application. Une fois qu'une technologie est sélectionnée, le processus de conception n'est pas terminé. Les ingénieurs doivent accorder une attention particulière à la sélection du filtre, au système de nettoyage du filtre, à la configuration de l'entrée, à la distribution du débit et à la flexibilité du contrôle pour faire correspondre le plus efficacement ces facteurs à l'application prévue. Le coût dépendra évidemment de la conception et des fonctionnalités choisies. Par exemple, un filtre à membrane PTFE peut être sélectionné si nécessaire pour répondre à une norme d'émission de particules inférieure, mais cela augmentera le coût global. De plus, des matériaux résistants à la corrosion peuvent être nécessaires pour certains composants du système de nettoyage ; la corrosion des métaux pourrait éventuellement dégrader l'intégrité structurelle du système de filtration, ce qui pourrait entraîner des rejets indésirables dans le milieu environnant.Le bon dimensionnement pour de meilleures performances Une fois que l'ingénieur concepteur de la filtration a choisi entre un filtre à manche et un collecteur à cartouche, il peut porter son attention sur le dimensionnement du système. Le principal critère de dimensionnement d'un système de filtres à manches est le rapport air/tissu (A/C), qui est défini comme la quantité d'air filtrée par rapport à la quantité de média filtrant (voir l'équation 1). Le rapport A/C est un rapport pieds par minute (fpm) et est souvent appelé vitesse frontale. Un rapport A/C inférieur est généralement associé à des performances améliorées. Les applications de processus difficiles ont généralement des rapports A/C de 3:1 à 4:1, tandis que les applications plus faciles ont des rapports A/C allant jusqu'à 6:1. Si le système de filtration de l'air est conçu avec un rapport trop élevé, le coût sera moindre, mais un certain nombre de problèmes opérationnels pourraient en résulter, tels que des filtres aveuglés, une durée de vie réduite du filtre et le colmatage de l'unité. Un deuxième facteur de dimensionnement, la vitesse interstitielle de la "boîte", doit également être pris en compte pour la conception du filtre à manche. La vitesse de la boîte est définie comme la vitesse ascendante entre les filtres et varie selon le fabricant en fonction du diamètre du filtre, de l'espacement des filtres centre à centre et de la distance entre le filtre et la paroi. Une vitesse élevée de la boîte peut provoquer un réentraînement de la poussière après le nettoyage. Bien que le rapport A/C soit un paramètre de conception utile pour les systèmes utilisant des filtres en tissu, il n'est pas utile pour les filtres plissés ou à cartouche. Si c'était le cas, on pourrait simplement ajouter plus de plis à un élément pour augmenter la surface, abaissant ainsi le rapport A/C et améliorant les performances. Cependant, le faible rapport air/tissu est trompeur, car l'espacement serré des plis rend certains des supports inutiles pour le filtrage. Un résultat courant est le pontage de la poussière entre les plis les plus serrés, ce qui rend difficile l'expulsion de la poussière. Certaines applications, telles que la collecte de poussière de sucre, nécessitent un large espacement des plis pour éviter l'accumulation de poussière entre les plis. Cela augmente à son tour le rapport A/C, mais peut en fait améliorer les performances. Voir les variations de plis illustrées à la figure 5. La bonne façon de dimensionner un collecteur de cartouche, indépendamment de l'espacement des plis, est basée sur le cfm par élément (voir équation 2). Pour les applications courantes telles que la collecte de poussière nuisible, les silos et les points de transfert, les dépoussiéreurs de type cartouche doivent être dimensionnés pour 300 à 400 cfm par élément ; pour les applications plus difficiles telles que les poussières légères, une valeur inférieure de 200 à 300 cfm par élément peut être utilisée ; pour les applications simples telles que les salles de soufflage d'air, une valeur supérieure de 400 à 500 cfm par élément est acceptable. Les collecteurs à cartouche présentent généralement une conception verticale conventionnelle. Des collecteurs de cartouches horizontaux sont parfois spécifiés, mais il est important de reconnaître que seule la moitié de la cartouche peut être utilisée pour le filtrage. La poussière s'accumule sur la moitié supérieure de la cartouche, tandis que la moitié inférieure ne voit pas la poussière en raison d'une mauvaise répartition du flux d'air. Au fur et à mesure que la poussière est pulsée et atterrit sur les filtres en dessous, ou est soufflée dans les plis des éléments inférieurs, les plis impactés ne sont plus disponibles pour le filtrage. Malgré le fait que tout le média filtrant n'est pas utilisé, certains fabricants peuvent spécifier un rapport A/C trompeur. Pour le dimensionnement des filtres plissés, la vitesse frontale, en pieds par minute (fpm), peut également être utilisée, ce qui donne une autre mesure du volume par élément. Pour une cartouche de 12,75 pouces de diamètre, la vitesse frontale est calculée comme suit (voir les équations 3 et 4). Proportionnels aux rapports air/tissu, les vitesses frontales du collecteur de cartouches pour les applications courantes doivent se situer dans les plages suivantes : pour les applications difficiles, 20 à 30 fpm ; pour les applications normales, 30 à 40 fpm ; et pour des applications plus faciles, 40 à 50 fpm.Études de cas Les études de cas peuvent aider à illustrer les divers facteurs impliqués dans la sélection et le dimensionnement réussis d'un système de filtration d'air. Le tableau 1 décrit les conditions de traitement pour le sécheur ; dans cette étude de cas, le système de filtration d'air ventile directement le séchoir, manipulant le produit plutôt que les déchets. Dans ce cas, l'ingénieur d'application a choisi un filtre à manche plutôt qu'un collecteur à cartouche. Les principaux facteurs guidant cette sélection étaient que la poussière était hygroscopique et que toute humidité présente rendrait difficile le nettoyage d'un filtre plissé ; la charge d'entrée était modérée ; et le rapport A/C a rendu le filtre à manches plus rentable. L'étude de cas 2 concerne le dépoussiérage intérieur d'un silo de stockage de potasse, dans lequel le système de filtration n'est pas destiné à recueillir le produit, mais à maintenir une pression négative dans le silo (avec ventilateur d'extraction), en particulier lors des opérations de chargement. Le tableau 2 décrit les conditions de traitement pour cette application. Dans ce cas, l'ingénieur d'application a sélectionné un collecteur de cartouches. Les principales raisons de cette sélection étaient qu'il s'agissait davantage d'une application de poussière nuisible que d'une application de processus ; la teneur en humidité était faible; l'unité était à l'intérieur; la charge d'entrée était légère ; et le rapport volume d'air/taille a rendu le collecteur de cartouches plus rentable. Le tableau 3 décrit le type de comparaison qu'un ingénieur d'application peut faire lorsqu'il décide entre un filtre à manche et un collecteur à cartouche. Le tableau montre les coûts sur une période de 10 ans pour l'application de ventilation du bac dans l'étude de cas 2. Même si le coût de remplacement du filtre est plus élevé pour le système de cartouche, le coût d'installation inférieur et le coût de main-d'œuvre inférieur pour le remplacement du filtre en font le système le plus économique. choix sur la période de 10 ans.Conclusion En conclusion, les filtres à manche et les collecteurs à cartouche sont des solutions éprouvées et utiles pour une variété d'applications, y compris la ventilation industrielle. Mais ces technologies doivent être évaluées et dimensionnées avec soin, en tenant compte des nombreux facteurs associés à une application particulière. Le rapport air/tissu, par exemple - qui est souvent considéré comme l'équation de dimensionnement incontournable pour la filtration de l'air - s'applique davantage à la conception d'un système de filtres à manches qu'à la conception d'un système de collecte à cartouche. Comme indiqué précédemment, lors du choix entre les différentes options de collecte de particules, chaque application est unique. L'utilisation des directives de conception décrites ci-dessus aidera à atteindre des performances optimales et une durée de vie maximale du filtre. Richard Saab est chef de produit chez Amec Foster Wheeler. Amec Foster Wheeler a acheté les actifs de l'ancien Wheelabrator Air Pollution Control Co. de Siemens Environmental Systems and Services en 2014. Saab peut être contacté à l'adresse [email protected] Control Equipment Zone

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