Cycloon/Stofcycloon/Natte cycloon/Multicycloon/Vortexscheiding

Toepasbaarheid

Meestal wordt een cycloon vanwege zijn relatief geringe rendement en relatief hoge restemissie gebruikt als voorafscheider om de grootste stofbelasting weg te nemen, gevolgd door bijvoorbeeld een wasser of doekenfilter. De voorafscheiding gebeurt meestal voor deeltjes > 5µm.

Breed toepassingsgebied in de volgende sectoren:

  • hout- en meubelindustrie
  • bouwsector
  • glasindustrie
  • op- en overslag
  • levensmiddelenindustrie
  • afvalverbrandingsinstallaties
  • chemische industrie
  • smeltprocessen in metallurgie
  • sinterprocessen
  • koffiebranderijen
  • overige levensmiddelenindustrie
componenten
Verwijderde componenten

Verwijderings- efficiëntie1, %

Restemissie, mg/m03

Validatiekengetal

Stof (< 1 µm)
Stof (6-10 µm)
Stof (> 10 µm)
Stof (> 50 µm)

5
50
90
99

--
--
100
--

1
1
2
1

1 Afhankelijk van de specifieke configuratie en bedrijfscondities. Waarden zijn in principe gebaseerd op halfuursgemiddelde waarden.

RANDVOORWAARDEN

Debiet, m03/uur

1 – 100.000

Druk, bar

Niet kritisch

Drukval, mbar

5 – 20

Temperatuur, oC

Afhankelijk van de constructie; kan erg hoog zijn

Stof, g/m03

Tot tientallen

Beschrijving

De verontreinigde gasstroom wordt in de cilindervormige kamer geleid. Door de centrifugale kracht wordt het stof naar de wand geslingerd, waarna het stof via de onderzijde wordt afgevoerd. Het gezuiverde gas verlaat de cycloon in het midden aan de top. Het binnenkomende gas wordt gedwongen in de circulaire beweging langs de binnenzijde van de cycloon naar beneden te bewegen, aan de onderzijde van de cycloon keert de afgasstroom zich en verlaat het de cycloon aan de bovenzijde.

Principeschema

Cycloon

Financiële aspecten

Investeringen, EUR/1.000 m03/uur

1.200

Operationele kosten

geen

Personeel, uur per week

Tot circa 2

Hulp en reststoffen

Water (natte cycloon)

Energieverbruik, kWh/1.000 m03/uur

0,25 – 1,5

Kostenbepalende parameters

Gasdebiet, drukval

Baten

Eventueel teruggewonnen stoffen

Uitgebreide beschrijving

Varianten

  • High throughput cyclonen hebben een diameter van meer dan 1,5 m en zijn geschikt voor het afscheiden van deeltjes van 20 µm en groter.
  • High efficiency cyclonen hebben een diameter die ligt tussen 0,4 en 1,5 m en zijn toepasbaar voor het afscheiden van deeltjes van 10 µm en groter.
  • Multicyclonen zijn parallel samengebouwd uit cyclonen met een diameter tussen 0,005 en 0,3m. De aanstroming van het gas vindt meestal tangentiaal (schuin vanaf de zijkant van de cycloon) plaats, waarna het gas via leidschoepen in werveling wordt gebracht. Een multicycloon is gevoelig voor een goede verdeling van het gas over de kleine cycloontjes. Als de verdeling niet correct is, kan terugstroming van het gas en verstopping optreden. Multicyclonen kunnen, afhankelijk van de deeltjesgrootte, een hoog verwijderingsrendement halen van meer dan 99%.
  • Elektrocyclonen werken door het aanleggen van een elektrisch veld tussen het centrum en de wand van de cycloon. Hierdoor wordt de drijvende kracht op de deeltjes naar de wand verhoogd waardoor een hoger afscheidingsrendement wordt gerealiseerd.
  • Secundary flow enhanced cyclone. In een cylindrische behuizing wordt het afgas onderaan ingebracht met een draaibeweging. Door tangentiële inbreng van secundaire (2e stroom) lucht bovenaan worden de centrifugale krachten op de deeltjes vergroot waardoor de efficiëntie wordt verhoogd. De secundaire lucht kan zuivere of gereinigde lucht zijn.
  • Condensatiecycloon: Deze cyclonen worden gekoeld tot onder het dauwpunt, zodat stoffen zoals vetten en water condenseren en worden afgescheiden.
  • Natte cycloon: om het afscheidingsrendementent voor stof (< 20 µm) te verhogen wordt water, juist voor de cycloon, verneveld. Het water bindt zich aan het fijne stof en wordt afgevoerd als een slurry.
  • Micronsep wringing seperator: Het systeem bestaat uit een spiraalvormig binnenwerk dat in een omhulsel gelijkend op een cycloon wordt gebracht. Het systeem heeft een rendement van meer dan 99,5% voor deeltjes groter dan 1 µm waardoor het zich onderscheidt van klassieke cyclonen.
  • Roterende deeltjes afscheider (RDS): Het hart van het deeltjesfilter bestaat uit het filterelement. Het filter bestaat uit een groot aantal kanaaltjes die als een geheel draaien om een gezamenlijke rotatie-as. Vaste of vloeibare deeltjes worden door de zogenaamde centrifugaalkracht naar de wanden gedreven en blijven op deze wand zitten. Het gezuiverde gas of vloeistof verlaat het filterelement en het filter kan periodiek worden gereinigd als dit nodig is. Ook bij hoge gassnelheden (een paar meter per seconde), kunnen deeltjes kleiner dan een µm worden ingevangen door de lengte van het filter voldoende groot te maken (typisch tot een meter). De lengte en de hoogte van de kanalen kunnen zodanig worden gedimensioneerd dat de drukval over de kanalen beperkt blijft tot enkele mbar. De RDS is in zeer verschillende situaties toegepast, waarbij een goed rendement bij lage investeringen worden geclaimd (rendement bijna hetzelfde niveau als elektrostatisch filter maar de kosten zijn significant lager). Er is momenteel geen vaste leverancier, alleen een licentiehouder.

Installatie: ontwerp en onderhoud

De efficiëntie van cyclonen is afhankelijk van de afweging tussen: efficiënt maar met kleine capaciteit, of minder efficiënt met grote capaciteit. Cyclonen zijn het meest efficiënt bij hoge luchtintredesnelheid, kleine cycloondiameter en grote cilinderlengte, dit in tegenstelling tot de zogenaamde "high throughput" cyclonen, waarbij het grote debiet en dus de grotere afmetingen ten koste gaat van het rendement.

De luchtintredesnelheid van een cycloon ligt tussen 10 en 20 m/s, de meest gebruikelijke snelheid is circa 16 m/s. Bij fluctuaties in deze snelheid (met lagere snelheden) neemt het afscheidingsrendement zeer snel af. De efficiëntie van een cycloon wordt bepaald door de deeltjesgrootte en het ontwerp van de cycloon.

De efficiëntie wordt vergroot door:

  • deeltjesgrootte en -dichtheid
  • cycloonlengte
  • aantal omwentelingen van het afgas in de cycloon
  • stofbelasting
  • gladheid van de binnenzijde van de cycloon

De efficiëntie wordt verkleind door een toename van:

  • diameter van de cycloonkamer
  • diameter van de uitlaat gasstroom
  • oppervlakte ingang afgas
  • dichtheid afgas

De onderhoudsvereisten van een cycloon zijn eenvoudig; ze moeten eenvoudig toegankelijk zijn voor periodieke inspectie op corrosie of erosie. De drukval moet regelmatig gecontroleerd worden en het stofopvangsysteem dient gecontroleerd te worden op verstoppingen.

Monitoring

Om de efficiëntie van de cycloon te monitoren kan de stofconcentratie in de gereinigde gasstroom worden bepaald door middel van isokinetische monsterneming (zonder de stroming van het gas te verstoren) of een meetmethode gebaseerd op bijvoorbeeld UV, zichtbaar licht doorlaatbaarheid, bètastraling of deeltjesdetectie.

Voor- en nadelen milieu

Afgescheiden stof wordt als afval afgevoerd of gerecycled. De stofslurry van een natte cycloon moet in een waterzuivering verwerkt worden

Specifieke voordelen

  • Eenvoudige constructie
  • Terugwinning van grondstoffen mogelijk
  • Geen bewegende onderdelen
  • Weinig onderhoud
  • Lage investerings- en werkingskosten
  • Constante drukval

Specifieke nadelen

  • Laag rendement voor kleine deeltjes <10 μm
  • Hoge drukval (5 - 20 mbar), afhankelijk van de uitvoeringsvorm
  • Slechte prestaties bij deellast
  • Emissie van afvalwater bij natte cycloon
  • Niet toepasbaar voor deeltjes die excessieve corrosie of verstopping veroorzaken
  • Mogelijk geluidsoverlast

Hulpstoffen

  • Energiegebruik
  • Consumptie onder meer afhankelijk van de afgastemperatuur (natte cycloon)

Cross Media Effects

Informatiebron

  1. Beschrijving van luchtemissiebeperkende technieken, L26 InfoMil/Tauw, maart 2000.
  2. Gids luchtzuiveringstechnieken, VITO 2004/IMS/R/066
  3. IPPC Reference document on Best Available Techniques in Common Waste Water and Waste Gas Treatment / Management Systems in the Chemical Sector, February 2003
  4. Dutch Association of Cost Engineers, editie 25, November 2006
  5. US EPA CACT Air Pollution Control Technology Factsheet
  6. Interview Airtechnic Solutions, Romico Holding (Roterende deeltjes afscheider), 2008
  7. Kok, H. Deeltjesgrooteverdeling van geemitteerd fijnstof bij industriële bronnen, TNO oktober 2006.