Provozní náklady regenerace průmyslových filtrů

Zajištění optimálního způsobu regenerace průmyslových filtrů má zásadní vliv na jejich správnou funkci. Střídající se cykly filtrace a regenerace umožňují odstraňování odloučené vrstvy prachu z povrchu filtrační textilie s cílem udržet tlakovou ztrátu filtračního zařízení a tím průtočné množství filtrované vzdušiny na projektem stanovené provozní hodnotě.

V současnosti se k regeneraci filtrů díky kvalitním povrchovým úpravám filtračních netkaných textilií používá buď zpětný proplach filtračních členů čistou vzdušinou, nebo tzv. impulsní tlakovzdušná regenerace (známá pod označením „puls jet“). Zpětného proplachu můžeme docílit pomocí „proplachovacího“ ventilátoru nebo pomocí podtlaku ve filtru, kdy se po otevření „proplachovací“ a uzavření „výstupní“ klapky regenerované části filtru (komory) nasaje z okolí filtru atmosférický vzduch. Uvedené způsoby regenerace filtru se liší zejména svou intenzitou a výrobní i provozní náročností.

Volba jednoho z uvedených způsobů regenerace filtru je závislá od provozních podmínek filtru, resp. na podmínkách filtrace. Podmínky filtrace charakterizují především fyzikální a chemické vlastnosti prachu a filtrované vzdušiny, jako je například granulometrie prachu, koncentrace prachu, měrná a sypná hmotnost, chemické složení, vlhkost vzdušiny atd. Tyto charakteristické vlastnosti prachů a filtrované vzdušiny mají vliv na obtížnost jeho odstraňování s povrchu filtrační textilie. Je-li prach velmi jemný a lepivý je nutno volit regeneraci intenzivní. V případě prachu hrubšího a nelepivého je ekonomicky výhodnější volit regeneraci méně intenzivní. Volba způsobu regenerace je nejen závislá na konkrétních provozních podmínkách filtru, ale také na ekonomickém vyhodnocení filtračního zařízení, jak z hlediska pořizovací ceny, tak z hlediska provozních nákladů.

Zpětný proplach vyvolaný podtlakem ve filtru patří mezi nejstarší, ale také nejspolehlivější a nejlevnější způsoby regenerace filtrů. Lze konstatovat, že tento způsob regenerace vyhovuje svou účinností v převážné většině (min. 90 %) všech průmyslových provozů s nutností odprašování zdrojů prašnosti průmyslovými filtry (např. těžba a zpracování surovin, výroba stavebních hmot, černá a barevná metalurgie, energetika, zemědělské a potravinářské provozy aj.). Vlastní regenerační zařízení, zpravidla mechanicky ovládané klapky, je v závislosti na technickém řešení obvykle jednoduché na obsluhu a nenáročné na údržbu. Pořizovací cena tohoto zařízení je nízká a provozní náklady minimální. Intenzita zpětného proplachu je závislá na velikosti podtlaku ve filtru a odporu (tlakové ztrátě) „proplachovacího“ otvoru, kterým se přisává vzdušina z okolí filtru. Dostatečný podtlak ve filtru je zpravidla zajištěn již tlakovou ztrátou vzduchotechnického systému před filtrem. Doba proplachu části filtru (komory) trvá obvykle jen několik vteřin. Díky nižší intenzitě proplachu je namáhání filtrační textilie minimální, čímž se dosahuje dlouhé životnosti filtračních členů. Tento způsob regenerace rovněž tak intenzívně nenarušuje primární odloučenou vrstvu prachu, která spoluvytváří s filtrační textilií filtrační vrstvu, kterou se dociluje záchyt i těch nejmenších částic prachu. Úlet je minimální a je dosahováno vysoké odlučivosti filtru.

Impulsní tlakovzdušná regenerace je nejintenzivnějším způsobem regenerace filtru, proto se používá především tam, kde jsou nepříznivé filtrační podmínky (sklářské pece, pálící a svařovací automaty, žárové zinkovny aj.), tj., kdy prach je velmi jemný (aerosoly) a lepivý. Lze jej použít jak pro podtlakový, tak pro přetlakový vzduchotechnický systém. Tato regenerace pracuje na principu ejektoru sestávajícího se z trysky, konfuzoru, směšovací komory a difuzoru.

Pro vyhodnocení provozních nákladů zpětného proplachu vyvolaného podtlakem ve filtru byly vzaty v úvahu náklady na elektrickou energii spotřebovávanou pohonem mechanického ovládání „výstupních“ a „proplachovacích“ klapek a u regenerace „puls jet“ náklady na výrobu a úpravu tlakového vzduchu. Za základ výpočtu provozních nákladů jednotlivých způsobů regenerace byly zvoleny tyto vstupní podmínky:

Společné vstupní podmínky výpočtu:

  • shodné provozní podmínky filtru, resp. podmínky filtrace
  • stejný ventilátor
  • stejná velikost filtrační plochy filtru – voleno 400 m2
  • roční provozní hodiny filtru – voleno 4 480 hod. (16 hod. za den, 280 dnů v roce)

Dle odborných prací Doc. Hemerky (2000 – 2006, Proděkan pro vědeckou a výzkumnou činnost na fakultě strojní ČVUT v Praze) vychází spotřeba tlakového vzduchu u průmyslových filtrů cca 0,20 m3/m2 (filtrační plochy)/hodinu.

  • spotřeba 0,20 m3/m2/h × 400 m2 = 80 m3/h.
  • cena tlakového vzduchu 2,50 Kč/m3N

Roční cena za tlakový vzduch  896 000 Kč.

Zpětný proplach vyvolaný podtlakem ve filtru v provedení APF:
  • spotřeba elektrické energie pohonu regeneračního zařízení za 1 hod. 0,036 kWh
  • cena elektrické energie 7,20 Kč/kWh

Roční cena za elektrickou energii  1161 Kč.

Regenerace „puls jet“ v provedení APF:
  • spotřeba tlakového vzduchu 0,015 m3N /m2.hod x 400 m2 = 6 m3/h.
  • cena tlakového vzduchu 2,50 Kč/m3N

Roční cena za tlakový vzduch  67 200 Kč.

Cena tlakového vzduchu (2,50 Kč/m3N) byla zvolena na základě tzv. fázové kalkulace vyhodnocené pro rok 2021 v průmyslovém podniku (slévárenství) a zahrnuje všechny náklady spojené s výrobou tlakového vzduchu (energii, údržbu, režii, odpisy) centrální kompresorovny (osové kompresory Atlas Copco).

Tato cena se může podnik od podniku lišit (centrální kompresorovna, nebo kompresor pořízený pouze pro filtr), ale pro účely porovnání provozních nákladů různých způsobů regenerace průmyslových filtrů není podstatná, přičemž lze předpokládat, že díky růstu cen energií náklady na výrobu tlakového vzduchu porostou. Stejná úvaha se také týká ostatních provozních nákladů průmyslových filtrů (ceny filtračních textilií atd.). Proto byly vybrány pro účely porovnání provozních nákladů vybraných způsobů regenerace průmyslových filtrů pouze uvedené rozhodující náklady (bez nákladů na údržbu a náhradní díly regeneračních zařízení).

ZÁVĚR

Výsledky vyhodnocení nákladů na regeneraci zcela jednoznačně ukazují, že použití impulsní tlakovzdušné regenerace filtru je energeticky a tím cenově velmi nákladné a mělo by být uplatňováno především tam, kde jsou provozní podmínky filtru (podmínky filtrace – jemnost a lepivost prachu) nepříznivé a tím je nutná velká intenzita regenerace. Pro naprostou většinu průmyslových provozů jsou filtry regenerované zpětným proplachem zdaleka nejlevnějším řešením při splnění emisních limitů.