Mühendislik Hesaplama Araçları
Piyasadaki genel torbalı filtre hesaplayıcıları, elinizdeki debi rakamının filtrenin gördüğü debi olduğunu varsayar. EAF ve pota fırını toz toplamada gaz sıcaktır ve elinizdeki rakam neredeyse her zaman Nm³/h cinsindendir — bunu doğrudan kullanmak filtreyi ciddi şekilde küçük boyutlandırabilir.
Hava/Bez Oranı
1,33 m/dk
4,37 ft/dk
EPA'nın kumaş filtre tasarım rehberliğine göre filtrasyon hızı genel olarak yaklaşık 0,3-3,7 m/dk (1-12 ft/dk) bandında yer alır; pals-jet (pulse-jet) sistemler bu bandın üst ucuna, ters hava (reverse-air) ve sarsıntılı (shaker) sistemler ise alt ucuna yakın çalışır. Tozunuzun karakteristiğine ve temizleme yöntemine özgü doğru değer, DNL mühendisleriyle birlikte belirlenmesi gereken bir mühendislik sorusudur.
Hava/bez oranı, gerçek işletme debisinin toplam bez alanına bölünmesiyle hesaplanır:
oran [m/dk] = gerçekDebi [m³/h] / 60 / bezAlanı [m²]
Burada gerçekDebi, filtreden geçen gazın işletme sıcaklığındaki gerçek hacimsel debisidir (m³/h) — normal koşullardaki (Nm³/h) debi değildir; bezAlanı ise hizmetteki tüm torbaların toplam filtre alanıdır (m²).
Saha mühendisleri elindeki debi rakamını çoğunlukla Nm³/h (normal koşullarda, 0°C referansla) olarak bilir; oysa torba filtre boyutlandırması işletme sıcaklığındaki GERÇEK hacimsel debiyi (m³/h) esas almalıdır. Sıcak gaz, normal koşullara göre orantılı olarak daha fazla hacim kapladığından, Nm³/h değerini doğrudan m³/h yerine kullanmak bez alanını olduğundan küçük hesaplatır.
130°C'de 400.000 Nm³/h debili bir EAF toz toplama sistemi, 1,0 m/dk hedef hız için boyutlandırılsın.
Bu 400.000 rakamı doğrudan m³/h gibi kullanılırsa, gereken bez alanı 6.667 m² çıkar.
Ancak bu, normal koşuldaki bir debidir. DIN 1343'e göre 0°C referansla gerçek debiye çevrildiğinde (130°C işletme sıcaklığında), gerçek debi 590.372 m³/h olur.
Bu gerçek debiye göre hesaplanan bez alanı 9.840 m²'dir.
Yani doğru hesaplanan 9.840 m² bez alanı, Nm³/h rakamının doğrudan kullanılmasıyla bulunan 6.667 m²'lik rakamdan %47,6 daha büyüktür — bu fark, sıcak çalışan, çabuk tıkanan ve emisyon sınırını aşma riski taşıyan bir filtre ile doğru boyutlandırılmış bir filtre arasındaki farktır.
Varsayımlar: normal koşul referansı DIN 1343'e göre 0°C, sabit basınç, ideal gaz davranışı.
Bu hesaplayıcı, hizmetteki tüm torbalarla hesaplanan BRÜT oranı verir. Temizlik için bölmeler devre dışı bırakıldığında, aynı gaz debisi daha az bez alanından geçtiğinden, o anki net filtrasyon hızı hesaplanan brüt orandan daha yüksek olur. Bölme sayısı ve temizleme döngüsü dikkate alınmadan yalnızca brüt orana göre boyutlandırma yapmak, bilinen bir tasarım hatasıdır.
Baca gazlarının torbalı filtrelere ulaşmadan önce derinlemesine soğutulması gerekir, çünkü bu işletme koşulunu torba malzemesi belirler. Görece ucuz malzemeden torbalarla çalışan sistemlerde filtre girişindeki baca gazı sıcaklığı 120–140°C'yi aşmamalıdır; fırın gücü artırılarak yeniden yapılandırılan bir tesiste daha pahalı torba malzemeleri kullanılarak bu sınır 200°C'ye kadar yükseltilebilir (Toulouevski & Zinurov, Innovation in Electric Arc Furnaces, 2. baskı, Bölüm 14, s. 256).
Bu soğutma üç yöntemle sağlanır: sıcak baca gazı akışına ince atomize su püskürtmek, kanal birleşim noktasında soğuk ikincil emisyonlarla karıştırmak ve özel bir vana üzerinden dışarıdan hava çekmek.
Bu sınır, aracın istediği debiyle doğrudan ilgilidir: aracın kullanması gereken gerçek hacimsel debi, fırından çıkan değil, soğutmadan sonra torba filtre girişindeki debidir. Fırın ile filtre arasındaki kanal hattı bu yüzden yalnızca bir taşıma değil, aynı zamanda bir soğutma problemidir.
Bu, sayfanın başındaki Nm³/h - m³/h dönüşümünden tamamen farklı bir konudur. Orada tek bir gaz akışının farklı koşullarda ölçülen hacminden söz ediliyordu — aynı kütle, sıcak olduğu için yaklaşık 1,5 kat daha fazla hacim. Burada ise farklı gaz akışlarından söz ediyoruz: birincil fırın gazı, ikincil davlumbaz yakalaması ve seyreltme havası. Toz toplama sistemi bunların hepsini birden taşır; fırın ise yalnızca ilkini üretir.
Toulouevski & Zinurov'a göre 120 ton kapasiteli bir fırının ocak içi boş hacminde (freeboard), sızan hava dahil, azami gaz oluşumu yaklaşık 19.000 m³/h'dir. Bu gazlar torbalı filtrelere ulaştığında, hava ile seyrelme bu miktarı 1,4–1,5 milyon m³/h'ye, yani 70–80 kat büyütür. Çelik üretiminde kullanılan toplam elektrik enerjisinin yaklaşık %10'u, esasen önemsiz miktardaki bu birincil süreç emisyonunu tahliye edip temizlemeye gider (Toulouevski & Zinurov, Innovation in Electric Arc Furnaces, 2. baskı, Bölüm 14.3.4, s. 268).
Toulouevski & Zinurov, bu fazlalığın nedenini kendi ifadeleriyle açıklar: fazlalığın büyük bölümü, esasen önemsiz miktardaki birincil süreç emisyonundan değil, fırının üzerindeki düşük verimli emme davlumbazları aracılığıyla ikincil kontrolsüz emisyonların yakalanması zorunluluğundan kaynaklanır — çünkü modern hava kirliliği standartları, atölye üzerinde görünür toz emisyonunun tamamen bulunmamasını şart koşar.
Toulouevski & Zinurov, bunun aritmetiğini de verir ve elle kontrol edilebilir: ikincil emisyonları tam olarak yakalayabilmek için, alttan açık davlumbaz ağzından geçen hava-gaz karışımının emme hızı en az 2 m/s olmalıdır. 120 ton kapasiteli bir fırında davlumbaz ağzı alanı yaklaşık 200 m²'dir; bu da 200 × 2 × 3600 = 1.440.000 m³/h değerini verir.
Pratik sonucu açıktır: bir toz toplama sistemi yalnızca fırının ürettiği birincil gaz hacmine göre boyutlandırılırsa 70–80 kat küçük kalır — çünkü filtre birincil gazın yanı sıra ikincil yakalamayı ve seyreltme havasını da taşımak zorundadır.
Toulouevski & Zinurov'un kendi rakamlarının ima ettiği bir uyarı var: bu 70–80 kat, davlumbaz sistemli 120 tonluk bir fırının verdiği sonuçtur, evrensel bir çarpan değildir. Davlumbaz yerine kapalı kabin (doghouse) kullanan bir tesis, Toulouevski & Zinurov'un doğrudan belirttiği gibi çok daha az tahliye eder.
Değerler, işletme sıcaklığındaki gerçek debilere (m³/h) göre hesaplanmıştır. 1,0 ve 1,5 m/dk hızları örnek amaçlıdır, tavsiye edilen değerler değildir — doğru hız, tozunuza ve temizleme yönteminize bağlıdır.
| Gerçek Debi (m³/h) | Bez Alanı @ 1,0 m/dk (m²) | Bez Alanı @ 1,5 m/dk (m²) |
|---|---|---|
| 50.000 | 833 | 556 |
| 100.000 | 1.667 | 1.111 |
| 200.000 | 3.333 | 2.222 |
| 400.000 | 6.667 | 4.444 |
| 600.000 | 10.000 | 6.667 |
| 800.000 | 13.333 | 8.889 |
| 1.000.000 | 16.667 | 11.111 |
| 1.500.000 | 25.000 | 16.667 |
Örneğin 400.000 m³/h gerçek debi ve 1,0 m/dk hedef hız için yaklaşık 6.667 m² bez alanı gerekir. Farklı debiler için yukarıdaki referans tablosuna bakın.
Nm³/h, gazın 0°C gibi normal (referans) koşullardaki hacmini; m³/h ise gazın gerçek işletme sıcaklığındaki hacmini ifade eder. Sıcak gaz genleştiği için aynı kütle çok daha fazla hacim kaplar. Örneğin 130°C'de 400.000 Nm³/h'lik bir EAF toz toplama debisi, doğrudan m³/h gibi kullanılırsa 6.667 m² bez alanı hesaplatır; oysa DIN 1343'e göre gerçek debiye çevrildiğinde bu 590.372 m³/h'ye karşılık gelir ve gerçekte gereken bez alanı 9.840 m²'dir — yani doğru rakam, yanlış birimle hesaplanandan %47,6 daha büyüktür.
Hayır. Toulouevski & Zinurov'a göre 120 ton kapasiteli bir fırının ocak içi boş hacminde (freeboard) azami gaz oluşumu yaklaşık 19.000 m³/h'dir; ancak bu gazlar torbalı filtrelere ulaştığında, ikincil davlumbaz yakalaması ve seyreltme havasıyla birlikte debi 1,4–1,5 milyon m³/h'ye çıkar. Sistem yalnızca fırının ürettiği birincil gaz hacmine göre boyutlandırılırsa 70–80 kat küçük kalır — filtre, birincil gazın yanı sıra ikincil yakalamayı ve seyreltme havasını da taşımak zorundadır (Toulouevski & Zinurov, Innovation in Electric Arc Furnaces, 2. baskı, Bölüm 14.3.4, s. 268).
Toza ve temizleme yöntemine bağlıdır. EPA'nın kumaş filtre tasarım rehberliğine göre filtrasyon hızı genel olarak yaklaşık 0,3-3,7 m/dk (1-12 ft/dk) bandında yer alır; pals-jet sistemler bu bandın üst ucuna, ters hava ve sarsıntılı sistemler ise alt ucuna yakın çalışır. Projenize özgü doğru değeri DNL mühendisleriyle birlikte belirlemenizi öneririz.
Brüt oran, sistemdeki tüm torba bölmelerinin aynı anda hizmette olduğu varsayımıyla hesaplanır. Gerçekte, temizlik için bir veya daha fazla bölme periyodik olarak devre dışı bırakılır; aynı gaz debisi daha az bez alanından geçtiği için, o anki net filtrasyon hızı hesaplanan brüt orandan daha yüksektir.
Filtrasyon hızının gerektiğinden yüksek olması basınç düşüşünü artırır, torbaların daha hızlı tıkanmasına (kör olmasına) yol açar, torba ömrünü kısaltır ve emisyon sınırının aşılması riskini yükseltir. Kesin sayısal etkiler toza ve ekipmana özgüdür; bu nedenle burada sayı vermiyoruz.
