Filtriranje in odpraševanje

Celovit popis filtrnega ali odpraševalnega sistema in meritve pretokov, elektrike kot osnova za stroškovno, energetsko in ekološko optimizacijo filtrnega sistema v industriji

Branko Kleindienst, Venturia d.o.o., Ajdovska cesta 2, 4264 Bohinjska Bistrica

Povzetek
Učinkovito odstranjevanje industrijskega prahu je ključno za varovanje zdravja zaposlenih, skladnost z zakonodajo in zmanjšanje vplivov na okolje. Članek prikazuje pomembnost izvedbe popisa odpraševalnega sistema, meritve pretoka in tlaka ter analizo energetske in ekološke učinkovitosti kot osnovo za optimizacijo. Filtrni sistem bomo imenovali FS2, kjer so bile izvedene meritve in predlagani ukrepi, kot so menjava elektromotorja, sanacija cevovoda in uvedba briketirke. Rezultati kažejo možnost do 25 % višje učinkovitosti, zmanjšanje ogljičnega odtisa ter boljšo ekonomsko upravičenost sistema. Članek temelji na dejanski izvedbi popisa, analizi meritev in primerjavi z najboljšimi razpoložljivimi tehnikami (BAT).

Filtrni, odpraševalni sistemi, učinkovitost

Pri oceni odpraševalnih sistemov so ključni naslednji tehnični parametri:

• učinkovitost filtracije (% zadržanih delcev), ki je definirana kot razmerje med vhodno in izhodno maso delcev. Za sodobne vrečaste sisteme lahko presega 99,9 %. 
• Tlačni padec (ΔP, Pa). Določa upor zraka skozi filter. Višji tlačni padec pomeni večjo porabo energije in potrebo po regeneraciji ali zamenjavi filtrskih vložkov. (500–1500 Pa za vrečaste filtre)
• Poraba energije (kWh), ki je odvisna od delovnega tlaka, porabe ventilatorjev in sistema regeneracije. Uporaba variabilnih frekvenčnih pogonov (VFD) lahko zniža porabo energije za 15–30 % v sistemih s spremenljivim pretokom.

Meritve in rezultati

Uporabljena je bila naslednja oprema:

• Merilnik hitrosti zraka – vetrnica: Uporabljen za merjenje lokalnih hitrosti pretoka v ceveh na odsesovalnih mestih (OM1 in OM2). Meritve so bile večtočkovne, povprečne vrednosti pa so služile za izračun volumskega pretoka.
• Merjenje tlaka – manometri ali diferenčni senzorji: Uporabljeni za ugotavljanje podtlaka v sistemu, kar je bistven kazalnik pravilnega delovanja filtrne enote in ventilatorja.

V okviru meritve, opravljene maja 2025 ob polni obremenitvi sistema FS2, so bile dobljene naslednje ključne vrednosti:

a.) Odsesovalno mesto OM1: Povprečna hitrost zraka 14,3 m/s, Pretok 150 m³/h, Podtlak 150 Pa

b.) Odsesovalno mesto OM2: Povprečna hitrost zraka 16,2 m/s, Pretok 170 m³/h, Podtlak 150 Pa

c.) Tlačna meritev na ventilatorju V1: Povprečen podtlak 796,7 Pa, Nazivna tlačna zmogljivost ventilatorja 4000 Pa (po CE tablici)

Izmerjene hitrosti na odsesovalnih mestih ne dosegajo priporočene minimalne vrednosti 18 m/s, kar pomeni tveganje za nezadostno odvajanje prahu, nalaganje v cevovodu in s tem večjo obrabo sistema. Optimalne hitrosti znašajo: 18 m/s (min. priporočena), 22 m/s (srednja), 27 m/s (maksimalna glede na vrsto delcev in sistem).

Tlačni padec skozi ventilator je bistveno nižji od nazivne zmogljivosti, kar kaže na neoptimalno izrabo kapacitete, verjetno zaradi zaprtih odsesovalnih mest ali zmanjšanega pretoka skozi sistem. Za simulacija potrebnega pretoka zraka smo uporabili naslednje podatke:

Premer cevi (Ø): 0,061 m, Presek cevi (A): A = π·(d²)/4 ≈ 0,0029 m², Ciljna hitrost (v): 18 m/s

Formula: Pretok (Q) = A × v       
Izračun: Q = 0,0029 m² × 18 m/s = 0,0522 m³/s, Q = 188 m³/h

Trenutno izmerjeni pretok (OM1) = 150 m³/h, manjka torej 38 m³/h (približno 25 % )

Za dosego 18 m/s v cevi Ø61 mm je potreben pretok vsaj 188 m³/h. Če bi želeli doseči optimalno vrednost 22 m/s, bi moral pretok znašati približno 229 m³/h.

Priporočila: Prilagoditev ventilatorja na višji pretok ali ponastavitev zapiral na neaktivnih vejah sistema, uporaba merilnikov pretoka s kontinuiranim logiranjem za spremljanje realnega obratovalnega režima, uporaba računalniškega modeliranja (CFD) za vizualizacijo toka po sistemu in optimizacijo postavitve sesalnih mest.

Ugotovitve popisa in pregleda

a.) Neučinkovitost delovanja: Večina odsesovalnih mest je neaktivna. Kljub temu sistem deluje na polno moč. Ventilator obratuje neproporcionalno glede na realne potrebe, kar vodi v prekomerno porabo energije in zmanjšano učinkovitost sesanja na aktivnih mestih.

b.) Dotrajanost in puščanje cevovoda: Pregled je pokazal mehanske poškodbe in netesnosti na spojiščih cevi, kar povzroča uhajanje zraka in padce tlaka. V določenih odsekih prihaja do nalaganja prahu, kar pomeni dodatno obremenitev za filtracijo in nevarnosti eksplozije (v primeru ATEX prahu).

c.) Neustrezen elektromotor: Obstoječi elektromotor nima ustrezne učinkovitosti (verjetno IE1 ali IE2), ima visoke izgube, ter je občutljiv na zagonske tokove, star 20 let.

Filtrna enota deluje neenakomerno, razlike v obremenitvah med vejami sistema niso uravnotežene. Zagon sistema je neinteligenten, poganja se celoten sistem ne glede na dejanske potrebe. Zbiranje prahu trenutno ni učinkovito.

Optimizacijski ukrepi
 

Zamenjava elektromotorja ventilatorja

Obstoječi elektromotor (verjetno IE1) je energetsko zastarel, z izkoristkom okoli 0,87. Zamenjava z novim motorjem razreda IE3 ali IE4 z izkoristkom 0,92 bi zmanjšala izgube energije in povečala zanesljivost delovanja.

Prednosti: letni prihranek električne energije ~4414 kWh, finančni prihranek ~795 €/leto, znižanje CO₂ emisij ~1121 kg/leto; cena motorja 937 €, vračilna doba manj kot 1,2 leta.

Sanacija cevovoda

Deli cevovoda so mehansko poškodovani, netesni ali obrabljeni. Z menjavo povečamo hitrost pretoka, povečamo varnost in življenjsko dobo opreme in zmanjšamo stroške. Zamenjati bi morali poškodovane odseke, zatesniti spoje in predlagano, tudi avtomatizirati zapirače.

Vpeljava briketirke za zajeti prah

Trenutno se zbrani material (žaganje, prah) ne uporablja sistemsko. Po optimizaciji cevovoda in zanesljivem zajemu se omogoči povečana količina materiala, ki se lahko energetsko ali snovno izrabi.

Vpeljava industrijske briketirke, s ceno 13.300 € in kapaciteta 25–30 kg/h, kar predstavlja letno ~26.000 kg briketov, katerih tržna vrednost je po ceni 0,25 €/kg  cca~6.500 €/leto.

Z integracijo vseh treh ukrepov (EM + cevovod + briketirka) bo sistem FS2 prilagojen potrebam, z zmanjšano porabo energije, boljšim ogljičnim odtisom in ekonomično uporabo odpadnega materiala.

Skupna vrednost investicije znaša približno 14.237 €, pri čemer so skupni letni prihranki (energija + briketi) ~7.300 €, kar pomeni vračilno dobo manj kot 2 leti.

Tabela 2: Parametri sistema pred in po potencialni optimizaciji sistema FS2

7. Zaključek

Popis, analize in meritve industrijskega odpraševalnega sistema FS2 so pokazali, da je sistem potreben obnove, energetsko neučinkovit in deloma neusklajen s trenutnimi potrebami. Ne deluje skladno z najboljšimi praksami (BAT).

Ciljno voden popis in meritve niso le osnova za izboljšanje, temveč pogoj za učinkovito upravljanje odpraševalnih sistemov v skladu z današnjimi pričakovanji po varnosti, učinkovitosti in trajnosti. Tak pristop omogoča industriji, da deluje ekonomsko racionalno in okoljsko odgovorno, hkrati pa povečuje zanesljivost in varnost proizvodnih procesov.

Rezultati kažejo na znatne koristi: znižanje stroškov obratovanja, zmanjšanje emisij CO₂, povečano izrabo zajetega materiala ter boljše delovanje sistema. Z naložbo, ki se povrne v obdobju 1–2 let, podjetje pridobi dolgoročno vzdržnejši in bolj zanesljiv odpraševalni sistem.

Literatura in viri: Interni viri Venturia d.o.o.