Çelik ve Metalurji Tesisleri için Filtre Torbaları: Neden Tek Bir Şartname Tesisin Tamamını Kapsamaz?

Çelik üretimi, dünyadaki en yoğun filtrasyon gerektiren endüstriyel süreçlerden biridir. Tek bir entegre çelik fabrikasında, sinterleme tesisleri, yüksek fırınlar, bazik oksijen fırınları, elektrik ark fırınları, kireç fırınları, pota metalurji istasyonları, döküm hatları, haddehaneler gibi düzinelerce ayrı toz toplama noktası bulunabilir ve bunların her biri, sıcaklık, toz yükü, parçacık morfolojisi ve kimyasal bileşimin farklı bir kombinasyonuna sahip baca gazı akışı üretir. Bir konum için uygun olan filtre torbası özellikleri, başka bir yerde, bazen haftalar içinde, yetersiz kalabilir.

Bu durum, sahada tekrar tekrar karşılaştığım bir soruna yol açıyor: Operasyonel olarak daha basit olduğu için birden fazla işlem noktasında tek bir filtre torbası spesifikasyonu uygulayan tesisler, daha sonra performans başka yerlerde kabul edilebilirken, belirli noktalarda açıklanamayan erken arızalarla yıllarca uğraşıyor. Arızalar rastgele değil. Toz kimyasını ve prosesin her noktasındaki termal profili anladığınızda, arızalar tahmin edilebilir hale geliyor.

Bu makale, her büyük çelik fabrikası proses lokasyonundaki filtrasyon zorluklarını, standart malzeme seçimlerinin neden böyle olduğunu, yanlış filtre malzemesi takıldığında neler olduğunu ve bir sistemi tekrar hizmete almadan önce filtre torbası montajının nasıl doğru bir şekilde doğrulanacağını ele almaktadır.

Çelik Fabrikası Toz Sorunu Tek Bir Sorun Değil, Sekiz Sorundan Oluşuyor

Çelik üretiminde oluşan baca gazı akımlarının neredeyse hiçbir ortak özelliği yoktur; tek ortak noktaları, bacaya ulaşmadan önce temizlenmeleri gerekliliğidir. Her birini farklı kılan özellikleri anlamak, doğru filtre ortamı seçiminin temelini oluşturur.

Sinterleme tesisi

Sinterleme, ince demir cevheri, kok tozu ve akı maddelerinin yüksek fırın için uygun gözenekli bir yük haline getirilmesi işlemidir. Sinterleme hattından çıkan egzoz gazı, 120-180°C sıcaklıklarda ince partikül madde, cevher ve koktaki kükürtten kaynaklanan önemli konsantrasyonlarda SO₂, organik maddelerin eksik yanmasından kaynaklanan dioksinler ve furanlar ile sinterleme sıcaklıklarında buharlaşan ve gaz soğudukça partikül madde üzerinde yoğunlaşan ağır metal bileşikleri içerir. Asit gazları, ağır metaller ve yüksek sıcaklıklardaki ince yapışkan partiküllerin birleşimi, sinterleme tesisi torba filtre sistemini endüstrinin en zorlu uygulamalarından biri haline getirmektedir.

PTFE filtre torbaları PTFE membran laminasyonlu filtreler, sinterleme tesisi uygulamaları için doğru özelliklere sahiptir. PTFE'nin tam kimyasal inertliği, asit gazı ve ağır metal bileşik ortamını bozulmadan idare eder. Membran yüzeyi, geleneksel derin filtrasyon ortamlarının geçtiği mikron altı yoğunlaşmış ağır metal aerosol parçacıklarını tutmak için gereken ince parçacık yakalama özelliğini sağlar. Yapışmaz yüzey, sinterleme tesisi partiküllerinin oluşturma eğiliminde olduğu yapışkan toz tabakasının filtre ortamını tıkamasını önler; aksi takdirde bu durum, çalışma döngüsü boyunca kademeli basınç düşüşü artışına neden olurdu.

PPS, SO₂ konsantrasyonlarının aşırı olmadığı ve maliyet baskısının önemli olduğu sinterleme tesislerinde bazen kullanılır. PPS, ilgili çalışma sıcaklıklarında kükürt dioksiti iyi bir şekilde işler, ancak oksidasyon direnci sınırlıdır; bazı sinterleme tesisi egzoz noktalarında oluşabilen yüksek oksijen içeriğine sahip ortamlarda PPS'nin bozulması hızlanır. Tesis, torba filtre sisteminden önce kükürt giderme işlemi kullanıyorsa, bu hesaplamayı kısmen değiştirir, ancak ağır metal aerosol sorunu her halükarda devam eder.

Yüksek fırın dökümhanesi

Dökümhane, çelik üretiminde görsel olarak en çarpıcı tozu üretir: erimiş demir fırından boşaltıldığında ortaya çıkan kırmızı-turuncu duman püskürmeleri. Bu toz esas olarak demir oksittir ve demir damlacıkları ve sıçramaları havayla temas ettiğinde oksitlenir. Toplama başlığındaki sıcaklıklar boşaltma olayları sırasında hızla yükselebilir, ancak torba filtre girişindeki ortalama gaz sıcaklığı, toplama başlığının dumanı ne kadar etkili bir şekilde yakaladığına ve ne kadar seyreltme havası verildiğine bağlı olarak genellikle 100-180°C aralığındadır.

Dökümhane işlemlerinden kaynaklanan demir oksit tozu kimyasal olarak nispeten zararsızdır ancak fiziksel olarak aşındırıcıdır. Dökümhane filtre torbaları en sık olarak torba girişinde mekanik aşınma nedeniyle arızalanır; burada yüksek hızlı toz yüklü gaz akışı, filtre ortamında aşındırıcı yıpranmaya neden olur. Bu, filtre ortamının mekanik özelliklerinin (çekme dayanımı, aşınma direnci, kumaş yapısı) kimyasal dirençten daha önemli olduğu bir uygulamadır.

Aramid (Nomex) filtre torbaları Mekanik dayanıklılıkları, 204°C'ye kadar sürekli sıcaklık dayanımları ve 250°C'ye kadar tepe noktalarına ulaşabilmeleri ve döküm işlemleri arasında meydana gelen termal döngü altında boyutsal kararlılıkları nedeniyle dökümhane uygulamalarında iyi performans gösterirler. Özellikle sıcaklıkların daha yüksek olduğu yerlerde fiberglas da kullanılır, ancak fiberglas, dökümhane toplama sistemini karakterize eden aşındırıcı toz çarpmasından kaynaklanan mekanik hasara daha yatkındır. Aramid ortamının yüzey işlemi (kalenderleme, yakma veya membran laminasyonu), belirli emisyon gereksinimine ve belirli tesisteki toz özelliklerine göre seçilir.

Temel oksijen fırını ikincil emisyonları

Temel oksijen fırını (BOF), entegre tesislerdeki birincil çelik üretim kazanıdır. Birincil emisyonlar - oksijen üfleme sırasında oluşan büyük duman bulutu - genellikle kumaş filtre yerine özel bir gaz geri kazanım sistemi ile kontrol edilir. Filtrasyon mühendislerinin ilgilendiği şey ikincil emisyondur: kazan ağzından, boşaltma işlemlerinden ve transfer sırasında potadan kaçan toz.

BOF ikincil emisyon tozu, genellikle 120-200°C aralığındaki sıcaklıklarda toplanan, çoğunlukla demir oksit ve akı katkılarından kaynaklanan bir miktar kalsiyum oksitten oluşur. En büyük zorluk, değişken toz yüküdür; ikincil emisyon oranları, boşaltma ve sıyırma sırasında en yüksek seviyededir ve bu da torba filtre üzerinde kararlı durum koşullarından birkaç kat daha yüksek olabilen tepe yükler oluşturur. BOF ikincil emisyon sistemleri için filtre ortamlarının, bu tepeleri yönetmek için gereken temizleme darbe frekansını kaldırabilecek yeterli mekanik dayanıma sahip olması ve aynı zamanda çalışma sıcaklığında boyutsal kararlılığı koruması gerekir.

Burada standart özellik olarak aramid kullanılırken, çalışma sıcaklığının daha güvenilir bir şekilde kontrol edildiği bazı uygulamalarda PPS kullanılır. BOF ikincil emisyon sistemleri için kritik nokta, temizleme sisteminin sadece ortalama değil, en yüksek yük koşuluna göre de doğru şekilde ayarlanmasıdır; normal çalışma koşullarında yeterli performans gösteren ancak en yüksek yükü kaldıramayan bir torba filtre, en fazla tozun üretildiği anlarda emisyon ihlallerine neden olabilir.

Elektrik ark ocağı

Elektrik ark fırını (EAF), çelik üretiminde en zorlu filtrasyon ortamlarından birini sunmaktadır. EAF tozu, galvanizli hurda çelikten kaynaklanan çinko oksit başta olmak üzere, demir oksit, kurşun bileşikleri, kadmiyum ve diğer ağır metallerin de bulunduğu karmaşık bir karışımdır. Çinko içeriği o kadar yüksektir ki, EAF tozu birçok yargı bölgesinde tehlikeli atık olarak sınıflandırılır ve ikincil bir çinko kaynağı olarak ele alınmalı veya buna göre bertaraf edilmelidir.

Birincil yakalama kanalındaki gaz sıcaklıkları, erime aşamasında 200-300°C veya daha yüksek değerlere ulaşabilir; gaz, torba filtreye girmeden önce seyreltilip soğutuldukça sıcaklık düşer. Elektrik ark fırını (EAF) çalışma döngüsü, oldukça değişken bir çalışma ortamı yaratır; sıcaklık, akış hızı ve toz yükü, şarj, erime, arıtma ve boşaltma aşamaları arasında önemli ölçüde değişir. Bu değişkenlik, tekrarlanan termal döngüler ve değişken frekansta temizleme darbe döngüleri yoluyla filtre ortamını zorlar.

Fiberglas filtre torbaları Erime fazları sırasında oluşan yüksek sıcaklık zirvelerini kaldırabilme yetenekleri nedeniyle, birincil EAF yakalama sistemleri için standart özelliklere sahiptirler. 260°C'ye kadar sürekli çalışma kapasitesi ve 280-300°C'ye kadar kısa süreli zirveler, erime fazı sıcaklık değişimleri için yeterli bir marj sağlar. Fiberglasın termal döngü altındaki boyutsal kararlılığı - özellikle düşük büzülme değerleri - torbaların yüzlerce termal döngüden sonra bile tüp levha yuvalarına uyumunu koruduğu anlamına gelir ve daha düşük kaliteli ortam kullanan tesislerde emisyon arızalarına neden olan baypas sızıntısını önler.

Daha düşük ve daha homojen sıcaklıkların olduğu EAF ikincil yakalama ve kanopi davlumbaz sistemlerinde, PPS veya aramid daha ekonomik seçenekler olabilir. Seçim, PTFE laminasyonunun ek kimyasal direncini gerektirecek miktarlarda ağır metal bulunup bulunmadığına bağlıdır.

Kireç fırını

Çelik fabrikalarındaki kireç fırınları (çelik üretiminde eritici madde olarak kullanılan sönmemiş kireç üretmek için kullanılır) 150-250°C sıcaklıklarda çok ince kalsiyum oksit ve kalsiyum karbonat tozu üretir. Kireç tozu higroskopiktir: gaz akışından nemi emer ve gaz sıcaklığı çiğlenme noktasına doğru düşerse torba yüzeyinde kalsiyum hidroksit oluşturabilir. Kalsiyum hidroksit yapışkandır ve başlatma, kapatma veya yük azaltma sırasında yoğuşma meydana gelirse filtre ortamını hızla tıkayabilir.

Bu higroskopik davranış, kireç fırını uygulamalarında filtre torbası arızasının birincil mekanizmasıdır. Kireç fırını torba filtrelerinde tekrarlanan erken arızalar yaşayan tesisler, sorunun filtre ortamının özelliklerinden ziyade, başlatma ve kapatma sırasındaki sıcaklık yönetimiyle ilgili olduğunu sıklıkla tespit ederler. Stabil bir toz tabakası oluşturmadan önce asit çiğlenme noktasının veya nem çiğlenme noktasının altındaki gaz sıcaklığına maruz kalan torbalar, nemle aktive olan kireç macunundan kaynaklanan tıkanmaya karşı oldukça hassastır.

Filtre ortamı için, fiberglas filtre torbaları Daha yüksek sıcaklık aralığında uygun olan aramid, 150–200°C'de alternatif olarak kullanılabilir. Daha önemli mühendislik hususu termal yönetimdir: çiğlenme noktasının altına sıcaklık düşüşünü önlemek için kanal ve torba filtre gövdesinde yeterli yalıtım ve proses gazı verilmeden önce sistemi çalışma sıcaklığına getiren bir başlatma prosedürü. İlk çalıştırmadan önce kireçle ön kaplama, yeni filtre ortamı için önemli bir ek koruma katmanı sağlar.

Döner fırın — alüminyum cürufu ve ikincil metalurji

Alüminyum cürufu işleme, ikincil alüminyum eritme ve diğer demir dışı metalurjik işlemler için kullanılan döner fırınlar, yakıt yanmasından kaynaklanan baca gazıyla birlikte reaktif alüminyum oksit bileşikleri içeren toz akımları üretir. Toz yükü ve sıcaklık profili, işlenen spesifik malzemeye ve fırının çalışma döngüsüne büyük ölçüde bağlıdır.

Bu uygulamanın iyi bir örneğini gösteren olay, döner fırınlı torba filtre sistemlerinden birinde emisyon uyumsuzluğu sorunu yaşayan bir alüminyum cüruf işleme tesisini içermektedir. Yerinde yapılan incelemede, takılan filtre torbalarının 10 mg/Nm³ ultra düşük emisyon gereksinimini karşılamak için gereken filtrasyon verimliliğine ulaşamadığı tespit edildi. Orijinal filtre ortamı liflerinin SEM analizi, reaktif baca gazı bileşiklerinden kaynaklanan kimyasal saldırıyla tutarlı bir bozulma gösterdi; ortam özellikleri, gerçek kimyasal ortam için yetersizdi.

Çözüm, 10 mg/Nm³'ün altındaki hedef için gereken ince parçacık yakalama özelliğini, reaktif gaz ortamında güvenilir bir şekilde çalışmak için gerekli kimyasal dirençle birleştiren yüksek filtrasyon hassasiyetine sahip PTFE filtre torbalarıyla değiştirme oldu. Kurulumdan sonra, sistemin hizmete geri dönmeden önce bütünlüğünü doğrulamak için floresan izleyici toz sızıntı tespiti ile devreye alındı. Devreye alınmasından bir ay sonra, üçüncü taraf baca testleri, 10 mg/Nm³ sınırının oldukça altında olan 1 mg/Nm³'lük gerçek emisyonları ölçtü.

Bu vakadan çıkarılacak en önemli ders, döner fırında emisyon testi başarısızlığının otomatik olarak torba bütünlüğü sorunu anlamına gelmediğidir. Aynı şekilde, torbalar sağlam ve doğru şekilde kapanıyor olsa bile, filtre ortamı gaz akışında bulunan mikron altı parçacıkları yakalayacak kadar ince olmadığı için filtrasyon hassasiyeti sorunu anlamına da gelebilir. SEM lif analizi, tamamen farklı iyileştirme yaklaşımları gerektiren bu başarısızlık modları arasında ayrım yapmaya yardımcı olur.

PTFE Membran Laminasyonunun Performans Denklemini Değiştirmesinin Sebebi Nedir?

Yukarıda açıklanan tüm çelik fabrikası proses lokasyonlarında, temel filtre ortamı üzerine (bu temel ister fiberglas, ister aramid, ister PPS olsun) PTFE membran laminasyonu, filtrasyon mekanizmasını önemli operasyonel sonuçlar doğuracak şekilde değiştirir.

Geleneksel iğne keçeli filtre torbaları, derinlemesine filtrasyon prensibiyle çalışır: parçacıklar lif matrisine nüfuz eder ve ortam yapısı içinde yakalanır. Derinlemesine filtrasyon torbası, ancak yüzeyde stabil bir toz tabakası oluştuktan sonra tasarlanan verimliliğine ulaşır; kurulumdan sonraki ilk dönem veya kapsamlı bir temizlik işleminden sonraki dönem, tabaka yeniden oluşana kadar daha yüksek parçacık penetrasyonu ile karakterize edilir. Bu durum, iyi çalışan bir derinlemesine filtrasyon torba filtre sisteminde temizlik döngüsünden sonra emisyonların neden kısa süreliğine zirve yaptığını ve yeni torba kurulumundan hemen sonraki dönemin emisyon aşımı için en yüksek riskli dönem olduğunu açıklar.

PTFE membran laminasyonu bunu yüzey filtrasyonuna dönüştürür. Çift eksenli gerilmiş PTFE membran – cm² başına 10⁹ gözenek mertebesinde gözenek yoğunluğuna ve 0.3–1 μm aralığında gözenek boyutuna sahip – partikülleri lif yapısının içinde değil, kumaş yüzeyinde yakalar. Bu, torbanın toz tabakası oluşturmaya gerek kalmadan, kurulumdan sonraki ilk çalışma döngüsünden itibaren tasarlanan emisyon performansına ulaşması anlamına gelir. Daha da önemlisi, temizleme darbeleri, derinlik filtrasyon ortamlarında görülen geçici emisyon artışlarına neden olmaz, çünkü filtrasyonu toz tabakası değil yüzey yapar.

Çevresel düzenlemelerin sıkılaşmasıyla giderek yaygınlaşan, ultra düşük emisyon gereksinimlerine sahip çelik fabrikası uygulamalarında, PTFE membran laminasyonu, limiti güvenilir bir şekilde karşılamak ile proses değişkenliğinin zaman zaman aşımlara neden olduğu sınırda çalışmak arasındaki farkı sıklıkla belirler.

PTFE membran kullanımındaki kısıtlama aşınma direncidir. Membran, taban kumaşına lamine edilmiş ince bir filmdir ve yüksek hızda çarpan son derece aşındırıcı tozdan kaynaklanan mekanik hasara karşı hassastır. Tozun kaba, köşeli ve torba girişine önemli kinetik enerjiyle ulaştığı yüksek fırın dökümhaneleri gibi uygulamalarda, zamanla membran hasarı meydana gelebilir. Bu uygulamalar için, gaz akışını doğrudan torba çarpmasından uzaklaştırmak için uygun giriş yönlendirmesine sahip membransız ortamlar, membran laminasyonundan genellikle daha iyi bir mühendislik seçimidir.

Devreye Alma ve Sızıntı Tespiti: Çoğu Tesisin Atladığı Adım

Doğru filtre torbalarının düzgün bir şekilde bakımı yapılmış bir torba filtre sistemine takılması, sistemin tasarlandığı emisyon performansına ulaşmak için gerekli ancak yeterli değildir. Her kurulum sızıntı olasılığını beraberinde getirir: yanlış takılmış torba yakaları, taşıma sırasında hasar görmüş torbalar, tam sızdırmazlığı engelleyen boru levhası yüzeyindeki düzensizlikler ve düzgün şekilde değiştirilmemiş erişim kapısı contaları.

Bir sistemi tekrar hizmete almadan önce kurulum bütünlüğünü doğrulamanın tek güvenilir yolu, floresan izleyici toz sızıntı tespiti yöntemidir. İnce floresan bir parçacık olan izleyici toz, torba filtre bölmelerine verilir ve basınç farkı nedeniyle sızıntı noktalarına doğru çekilir. Temiz hava plenumunun ultraviyole ışık altında incelenmesi, herhangi bir sızıntının yerini hassas bir şekilde ortaya çıkarır: torba yakasının sızdırmazlık sağlamadığı tam boru levhası deliği, taşıma hasarı nedeniyle delik bulunan belirli torba, contanın ayarlanması gereken erişim kapağı.

Ultra düşük emisyon gereksinimlerine sahip sistemler için — düzenleyici standartların sıkılaşmasıyla birlikte çelik fabrikası uygulamalarında yaygınlaşan — floresan izleyici toz sızıntısı tespiti Çalıştırmadan önce sızıntı tespiti isteğe bağlı değildir. Büyük bir bölmedeki tek bir sızıntı yapan torba yakası, tanımlanabilir ayrı bir kaynaktan ziyade, baca konsantrasyonunda yaygın bir genel artış olarak görünen ölçülebilir emisyon aşımlarına neden olabilir. Sızıntı tespiti adımı olmadan, çalıştırma sonrasında bu tür bir sorunun giderilmesi son derece zordur.

Torba değişiminden sonraki ilk çalıştırmadan önce kireç veya kalsiyum karbonat tozu ile ön kaplama, tamamlayıcı bir işlev görür: taze torba yüzeylerine koruyucu bir tabaka bırakarak, genellikle en ince ve en nüfuz edici malzeme olan ilk işlem tozu yükünün, stabil bir çalışma tozu tabakası oluşmadan önce ortama ulaşmasını ve ortamı tıkamasını önler. Tozun ince olduğu ve emisyon gereksiniminin sıkı olduğu çelik fabrikası uygulamalarında, ön kaplama, taze kaplanmamış ortamda sıklıkla meydana gelen kurulum dönemi emisyon aşımı riskini azaltır.

Çelik Fabrikası Proses Konumuna Göre Filtre Ortamı Seçimi Özeti

Aşağıdaki tablo, yukarıda ele alınan teknik özellik kılavuzunu özetlemektedir. Bu tablo, mutlak bir şartname değil, başlangıç ​​çerçevesi olarak okunmalıdır; gerçek seçim, belirli tesisteki gaz sıcaklığı, kimyası, toz yükü ve emisyon gereksiniminin analizini gerektirir.

Omela Filtrasyon ile iletişime geçin.

Omela Filtration, sinterleme, yüksek fırın, BOF, EAF, kireç fırını, döner fırın ve malzeme taşıma gibi çelik ve metalurji tesislerindeki tüm uygulamalar için toz toplayıcı filtre torbaları tedarik etmektedir. Mühendislik ekibimiz, prosese özel filtre ortamı seçimi, yerinde durum değerlendirmesi, kurulum hizmetleri ve floresan toz sızıntısı tespiti sağlamaktadır.

Yazar

Jessica Ma – Omela Filtrasyon Kıdemli Filtrasyon Mühendisi

Jessica Ma, Omela Filtration'da toz ve sıvı filtrasyonu konusunda uzmanlaşmış kıdemli bir filtrasyon mühendisidir. 15 yılı aşkın deneyimiyle, torba filtre performansını optimize etmeye, filtrasyon verimliliğini artırmaya ve endüstriyel toz toplayıcılar ve hassas sıvı filtrasyon uygulamaları için yüksek performanslı çözümler geliştirmeye odaklanmaktadır.