مجمع الغبار

تفصل الفواصل بالقصور الذاتي الغبار عن تيارات الغاز باستخدام مجموعة من القوى، مثل قوة الطرد المركزي، وقوة الجاذبية، وقوة القصور الذاتي. تنقل هذه القوى الغبار إلى منطقة تكون فيها القوى التي يمارسها تيار الغاز في حدها الأدنى. ثم يُنقل الغبار المفصول بفعل الجاذبية إلى قادوس، حيث يُخزن مؤقتًا.

الأنواع الثلاثة الرئيسية للفواصل بالقصور الذاتي هي:

• غرف الترسيب
• غرف الحاجز
• جامعات الطرد المركزي

لا تُستخدم غرف الترسيب ولا غرف الحواجز بشكل شائع في صناعة معالجة المعادن. ومع ذلك، غالبًا ما تُدمج مبادئ تشغيلها في تصميم أجهزة تجميع الغبار الأكثر كفاءة.

غرفة الترسيب

تتكون غرفة الترسيب (أو غرفة الترسيب ) ^{[ 8 ]} من صندوق كبير مثبت في مجرى الهواء. وتؤدي زيادة مساحة المقطع العرضي في الغرفة إلى تقليل سرعة تيار الهواء المحمل بالغبار، مما يسمح للجسيمات الأثقل بالترسب.

تتميز حجرات الترسيب بتصميمها البسيط وإمكانية تصنيعها من أي مادة تقريبًا بتكلفة منخفضة، كما أنها لا تحتاج إلى الماء للتشغيل. مع ذلك، نادرًا ما تُستخدم كجامعات غبار أساسية نظرًا لحاجتها إلى مساحة كبيرة وكفاءتها المنخفضة. ومن الاستخدامات العملية لها استخدامها كمنظفات أولية لتحسين كفاءة عملية الجمع.

حجرة الحاجز

تستخدم غرف الحواجز صفيحة حاجز ثابتة تُسبب تغييرًا مفاجئًا في اتجاه تيار الغاز الناقل. لا تتبع الجسيمات ذات القطر الكبير تيار الغاز، بل تستمر في التدفق إلى حيز الهواء الساكن وتترسب. تُستخدم غرف الحواجز كأجهزة تنظيف أولية. ^{[ 9 ]}

جامعات الطرد المركزي

تعتمد أجهزة التجميع بالطرد المركزي على أنظمة الطرد المركزي ( أجهزة الطرد المركزي ) وتستخدم الحركة الإعصارية لفصل جزيئات الغبار عن تيار الغاز. في جهاز إعصاري نموذجي، يدخل تيار غاز الغبار بزاوية ويدور بسرعة. تدفع قوة الطرد المركزي الناتجة عن التدفق الدائري جزيئات الغبار نحو جدار الجهاز الإعصاري. بعد اصطدامها بالجدار، تسقط هذه الجزيئات في قادوس موجود أسفل الجهاز.

توجد فواصل الإعصار في جميع أنواع تطبيقات الطاقة والتطبيقات الصناعية، بما في ذلك مصانع اللب والورق، ومصانع الأسمنت، ومصانع الصلب، ومصانع فحم الكوك البترولي ، ومصانع المعادن، ومناشر الأخشاب، وأنواع أخرى من المنشآت التي تعالج الغبار.

تُنشئ فواصل الإعصار الأحادي دوامة مزدوجة لفصل الغبار الخشن عن الناعم. تدور الدوامة الرئيسية إلى الأسفل حاملةً معظم جزيئات الغبار الخشنة. أما الدوامة الداخلية، المتكونة قرب أسفل الإعصار، فتدور إلى الأعلى حاملةً جزيئات الغبار الناعمة.

تتكون فواصل الأعاصير المتعددة من عدد من الأعاصير ذات الأقطار الصغيرة، تعمل بالتوازي ولها مدخل ومخرج غاز مشتركين، كما هو موضح في الشكل، وتعمل وفقًا لنفس مبدأ فواصل الأعاصير المفردة - أي توليد دوامة خارجية هابطة ودوامة داخلية صاعدة. تزيل فواصل الأعاصير المتعددة كمية أكبر من الغبار مقارنةً بفواصل الأعاصير المفردة، لأن كل إعصار فيها أطول وأصغر قطرًا.

تستخدم فواصل التدفق الهوائي الثانوي تدفقًا هوائيًا ثانويًا يُضخ إلى الإعصار لتحقيق عدة أهداف. يزيد هذا التدفق من سرعة عمل الإعصار، مما يجعل الفاصل أكثر كفاءة؛ كما أنه يعترض الجسيمات قبل وصولها إلى الجدران الداخلية للوحدة؛ ويدفع الجسيمات المفصولة نحو منطقة التجميع. ويحمي التدفق الهوائي الثانوي الفاصل من تآكل الجسيمات، ويسمح بتركيبه أفقيًا لعدم الاعتماد على الجاذبية في تحريك الجسيمات المفصولة إلى الأسفل.

تُعرف هذه المجمعات القماشية باسم "مجمعات الأكياس" ، وتستخدم الترشيح لفصل جزيئات الغبار عن الغازات المحملة بالغبار. وهي من أكثر أنواع مجمعات الغبار كفاءةً وفعاليةً من حيث التكلفة، ويمكنها تحقيق كفاءة تجميع تزيد عن 99% للجزيئات الدقيقة جدًا. ^{[ 10 ]}

تدخل الغازات المحملة بالغبار إلى وحدة تجميع الغبار وتمر عبر أكياس قماشية تعمل كمرشحات. يمكن أن تكون هذه الأكياس مصنوعة من القطن المنسوج أو الملبد، أو من مواد صناعية، أو من الألياف الزجاجية، وتأتي إما على شكل أنبوب أو ظرف.

تُعرف أجهزة تجميع الغبار التي تستخدم السوائل باسم أجهزة التنظيف الرطبة . في هذه الأنظمة، يتلامس سائل التنظيف (عادةً الماء) مع تيار غازي يحتوي على جزيئات الغبار. ويؤدي التلامس الأكبر بين تياري الغاز والسائل إلى زيادة كفاءة إزالة الغبار.

تتنوع أجهزة التنظيف الرطبة بشكل كبير، إلا أنها جميعًا تشترك في أحد التكوينات الأساسية الثلاثة: ترطيب الغاز، أو تلامس الغاز مع السائل، أو فصل الغاز عن السائل. وبغض النظر عن آلية التلامس المستخدمة، يجب إزالة أكبر قدر ممكن من السائل والغبار. عند حدوث التلامس، تتحد جزيئات الغبار وقطرات الماء لتشكل تكتلات. ومع ازدياد حجم هذه التكتلات، تستقر في وعاء التجميع.

يمكن تصنيف أجهزة التنظيف الرطبة ذات أبراج الرش حسب انخفاض الضغط على النحو التالي:

• أجهزة تنقية منخفضة الطاقة (  مقياس الماء من 0.5 إلى 2.5 بوصة - من 124.4 إلى 621.9 باسكال)
• أجهزة تنقية منخفضة إلى متوسطة الطاقة (  مقياس الماء من 2.5 إلى 6 بوصات - من 0.622 إلى 1.493 كيلو باسكال)
• أجهزة تنقية متوسطة إلى عالية الطاقة (  مقياس الماء من 6 إلى 15 بوصة - من 1.493 إلى 3.731 كيلو باسكال)
• أجهزة تنقية عالية الطاقة (  مقياس الماء أكبر من 15 بوصة - أكبر من 3.731 كيلو باسكال)

نظراً لكثرة أنواع أجهزة تنقية الغازات المتوفرة تجارياً، لا يمكن وصف كل نوع منها على حدة هنا. مع ذلك، تقدم الأقسام التالية أمثلة على أجهزة تنقية الغازات النموذجية في كل فئة.

تستخدم المرسبات الكهروستاتيكية قوى كهروستاتيكية لفصل جزيئات الغبار عن غازات العادم. يتم وضع عدد من أقطاب التفريغ ذات الجهد العالي والتيار المستمر بين أقطاب التجميع المؤرضة. تتدفق الغازات الملوثة عبر الممر الذي تشكله أقطاب التفريغ والتجميع. تعمل المرسبات الكهروستاتيكية على نفس مبدأ عمل أجهزة تنقية الهواء الأيونية المنزلية.

تكتسب الجسيمات المحمولة جواً شحنة سالبة أثناء مرورها عبر المجال المتأين بين الأقطاب الكهربائية. ثم تنجذب هذه الجسيمات المشحونة إلى قطب كهربائي مؤرض أو موجب الشحنة وتلتصق به.

على عكس المجمعات المركزية، تتحكم المجمعات الوحدوية في التلوث من مصدره. وهي صغيرة الحجم ومكتفية ذاتيًا، وتتكون من مروحة ونوع من أنواع مجمعات الغبار. وهي مناسبة للعمليات المعزولة أو المتنقلة أو التي يتم نقلها بشكل متكرر والتي تنتج الغبار، مثل الصناديق والصوامع أو نقاط نقل السيور الناقلة البعيدة. تشمل مزايا المجمعات الوحدوية صغر حجمها المطلوب، وإعادة الغبار المجمع إلى مسار تدفق المواد الرئيسي، وانخفاض تكلفتها الأولية. ومع ذلك، فقد تم التضحية بقدراتها على استيعاب الغبار وتخزينه، ومرافق الصيانة، وفترات الصيانة.

تتوفر عدة تصاميم، بسعات تتراوح من 200 إلى 2000  قدم ^مكعب /دقيقة (90 إلى 900  لتر/ثانية). يوجد نوعان رئيسيان من وحدات التجميع:

• مجمعات الأقمشة، مع هز يدوي أو تنظيف بنفث نبضي - تستخدم عادة للغبار الناعم
• مجمعات الإعصار - تستخدم عادة للغبار الخشن

تُستخدم أجهزة تجميع الغبار المصنوعة من القماش بكثرة في عمليات معالجة المعادن نظرًا لكفاءتها العالية في التجميع وتدفق الهواء العادم المستمر بين دورات التنظيف. أما أجهزة تجميع الغبار الإعصارية فتُستخدم عند توليد غبار خشن، كما هو الحال في أعمال النجارة أو طحن المعادن أو تشغيل الآلات.

ينبغي مراعاة النقاط التالية عند اختيار وحدة تجميع الطاقة الشمسية:

• يجب أن تتوافق كفاءة التنظيف مع جميع اللوائح المعمول بها.
• تحافظ الوحدة على سعتها المقدرة مع تراكم كميات كبيرة من الغبار بين عمليات التنظيف.
• عمليات التنظيف البسيطة لا تزيد من تركيز الغبار المحيط.
• لديه القدرة على العمل دون مراقبة لفترات طويلة من الزمن (على سبيل المثال، 8  ساعات).
• نظام تفريغ تلقائي أو مساحة تخزين كافية للغبار تكفي لاستيعاب تراكمات أسبوع واحد على الأقل.
• إذا تم استخدام مرشحات قابلة للتجديد، فلا ينبغي استبدالها أكثر من مرة واحدة شهريًا.
• متين
• هادئ

قد لا يكون استخدام وحدات تجميع الغبار مناسبًا إذا كانت عمليات إنتاج الغبار تقع في منطقة يكون فيها استخدام أنظمة العادم المركزية عمليًا. تُعدّ متطلبات إزالة الغبار وصيانته مكلفة بالنسبة للعديد من وحدات تجميع الغبار، ومن المرجح أن يتم إهمالها أكثر من تلك الخاصة بوحدة تجميع غبار واحدة كبيرة.

يوجد نوعان رئيسيان من المراوح الصناعية :

• المراوح الطاردة المركزية
• مراوح التدفق المحوري

تُستخدم المحركات الكهربائية لتوفير الطاقة اللازمة لتشغيل المروحة.

يتم اختيار المحركات لتوفير طاقة كافية لتشغيل المراوح على نطاق كامل من ظروف العملية (درجة الحرارة ومعدل التدفق).

يمكن تهيئة أجهزة تجميع الغبار إلى أحد الأنواع الخمسة الشائعة التالية:

1. الوحدات المحيطة - الوحدات المحيطة هي أنظمة معلقة حرة للاستخدام عندما تحد التطبيقات من استخدام أذرع التقاط المصدر أو مجاري الهواء.
2. أكشاك التجميع - لا تتطلب أكشاك التجميع أي أعمال تهوية، وتمنح العامل حرية حركة أكبر. وغالبًا ما تكون متنقلة.
3. طاولات السحب السفلي - طاولة السحب السفلي هي نظام ترشيح محمول قائم بذاته يقوم بإزالة الجسيمات الضارة ويعيد الهواء المفلتر إلى المنشأة دون الحاجة إلى تهوية خارجية.
4. جامع المصدر أو الوحدات المحمولة - الوحدات المحمولة مخصصة لجمع الغبار أو الضباب أو الأبخرة أو الدخان من المصدر.
5. الوحدات الثابتة - مثال على جامع الغبار الثابت هو كيس الغبار.

تشمل المعايير المهمة عند تحديد مواصفات أجهزة تجميع الغبار: تدفق الهواء (سرعة تيار الهواء الناتج عن جهاز الشفط)، وقدرة النظام (قدرة محرك النظام، والتي تُقاس عادةً بالحصان )، وسعة تخزين الغبار والجسيمات، والحد الأدنى لحجم الجسيمات التي يمكن للجهاز ترشيحها. وتشمل الاعتبارات الأخرى عند اختيار نظام تجميع الغبار: درجة الحرارة، ومحتوى الرطوبة، واحتمالية احتراق الغبار المُجمّع.

قد تحتوي أنظمة إزالة الجسيمات الدقيقة على نظام ترشيح واحد فقط (مثل كيس أو خرطوشة ترشيح). مع ذلك، تستخدم معظم الوحدات نظام فصل/ترشيح أولي وثانوي. في كثير من الحالات، قد تؤثر حرارة الغبار أو رطوبته سلبًا على وسائط الترشيح في جامع الغبار الكيسي أو الخرطوشة. يمكن وضع فاصل إعصاري أو مجفف قبل هذه الوحدات لتقليل الحرارة أو الرطوبة قبل وصولها إلى المرشحات. علاوة على ذلك، قد تحتوي بعض الوحدات على مرحلتي ترشيح ثالثة ورابعة. يجب تحديد جميع أنظمة الفصل والترشيح المستخدمة داخل الوحدة.

جهاز ترشيح الهواء بالأكياس هو جهاز يُستخدم للحد من تلوث الهواء، حيث يقوم باحتجاز الجسيمات عن طريق ترشيح تيارات الغاز من خلال أكياس قماشية كبيرة. وعادةً ما تُصنع هذه الأجهزة من الألياف الزجاجية أو القماش.

جهاز الفصل الإعصاري هو جهاز لفصل الجسيمات الدقيقة المعلقة في الهواء أو الغاز عن طريق الطرد المركزي.

أجهزة الترسيب الكهروستاتيكي هي نوع من أجهزة تنقية الهواء، تعمل على شحن جزيئات الغبار عن طريق تمرير هواء محمل بالغبار عبر مجال كهروستاتيكي قوي (50-100 كيلو فولت). يؤدي ذلك إلى انجذاب الجزيئات إلى ألواح مشحونة بشحنة معاكسة، مما يسهل إزالتها من تيار الهواء.

نظام الاصطدام هو جهاز يُستخدم لإزالة الجسيمات عن طريق اصطدام جزيئات الهباء الجوي بسائل. تجمع وحدات الوسائط المعيارية مجموعة متنوعة من وحدات الترشيح المتخصصة في وحدة واحدة. توفر هذه الأنظمة حلولًا للعديد من مشاكل تلوث الهواء. يتضمن النظام النموذجي سلسلة من المرشحات الأولية القابلة للتنظيف أو التي تُستخدم لمرة واحدة، بالإضافة إلى مرشح كيس على شكل حرف V أو مرشح خرطوشة يُستخدم لمرة واحدة. كما يمكن إضافة وحدات ترشيح نهائية من نوع HEPA أو الكربون. تتوفر نماذج متنوعة، بما في ذلك التركيبات المعلقة أو المثبتة عبر قنوات، والتركيب الرأسي أو الأفقي، والتكوينات الثابتة أو المحمولة. تُصنع خراطيش الترشيح من مجموعة متنوعة من الألياف الاصطناعية، وهي قادرة على جمع الجسيمات دون الميكرومترية دون إحداث انخفاض كبير في ضغط النظام. تتطلب خراطيش الترشيح تنظيفًا دوريًا.

جهاز التنظيف الرطب، أو جهاز تنظيف فنتوري ، يشبه جهاز الإعصار، ولكنه مزود بوحدة فتحة ترش الماء في الدوامة الموجودة في قسم الإعصار، مما يؤدي إلى تجميع الغبار في نظام معلق. يمكن إعادة تدوير الماء واستخدامه مرة أخرى لتنقية الهواء. وفي النهاية، يجب إزالة المواد الصلبة من تيار الماء والتخلص منها.