EPA-452/F-03-061 Hoja de Datos - Tecnologia de Control de Contaminantes del Aire Nombre de la Tecnologia: Filtro de Tela Tipo de Tecnologia: Contaminantes Aplicables: - Tipo Limpieza con Aire-lnvertido - Tipo Limpieza con Aire-lnvertido y Mejorada con Bocina Sonica. - Tipo Limpieza con Chorro-lnvertido (Referido como Casa de Bolsas) Dispositive de Control - Captura/Disposicion Materia Particulada (MP), incluyendo materia particulada de diametro aerodinamico menor o igual a 10 micras (|jm) (MP10), materia particulada de diametro aerodinamico menor o igual a 2.5 urn (MP25) y Contaminantes peligrosos del aire (CPA), en forma particulada, tales como la mayoria de los metales (el mercurio es la excepcion notable, porque una porcion significante de las emisiones son en forma de vapor elemental). Limites de Emision Alcanzables/Reduccion: Las eficiencias tipicas de diseno en equipo nuevo estan del 99% al 99.9%. Los equipos viejos existentes tienen un rango de eficiencias de operacion actuales del 95% al 99.9%. Varies factores determinan la eficiencia de recoleccion de los filtros de tela. Estos incluyen la velocidad de filtracion del gas, las caracteristicas de las particulas, las caracteristicas de la tela y el mecanismo de limpieza. En general, la eficiencia de recoleccion aumenta al incrementarse la velocidad de filtracion y el tamano de las particulas. Para una combination dada de polvo y de diseno del filtro, la concentracion de particulas en el efluente de un filtro de tela es casi constante, mientras que es mas probable que la eficiencia total vane con la carga de sustancias particuladas. Poresta razon, los filtros de tela pueden considerarse dispositivos de concentracion de salida constante mas bien que de equipos de eficiencia constante. La concentracion constante del efluente se obtiene porque, en un momento dado, parte de los filtros de tela estan siendo limpiados. Como resultado de los mecanismos de limpieza utilizados en los filtros de tela, su eficiencia de recoleccion esta cambiando constantemente. Cada ciclo de limpieza remueve al menos parte de la plasta de polvo y afloja las particulas que permanecen en el filtro. Cuando se reinicia la filtracion, la capacidad de filtrado ha sido disminuida porque se ha perdido parte de la plasta de polvo y las particulas sueltas son forzadas a traves del filtro por el flujo del gas. A medida que las particulas son capturadas, la eficiencia aumenta hasta el siguiente ciclo de limpieza. Las eficiencias promedio de recoleccion de los filtros de tela se determinan usualmente por pruebas que abarcan un numero de ciclos de limpieza a carga de entrada constante (EPA, 1998a). Tipo de Fuente Aplicable: Punto Aplicaciones Industrials Tipicas: Los filtros de tela pueden funcionar muy efectivamente en muchas aplicaciones diferentes. En la Tabla 1 se presentan aplicaciones comunes de los sistemas de filtros de tela con limpieza con aire a la inversa; sin Hoja de Datos EPA-CICA Filtro de Tela Tipo Limpieza con Aire-lnvertido ------- embargo, los filtro de tela pueden ser utilizados en casi cualquier proceso en el que se genere polvo y pueda ser recolectado y conducido por conductos a una localidad central. Otros tipos de limpieza tambien pueden ser utilizados en estas aplicaciones. En aplicaciones con materia particulada densa, tales como calderas de termoelectricas, procesamiento de metales y productos minerales, generalmente se utiliza limpieza por sacudimiento mecanico mejorado con bocina sonica. Tabla 1. Aplicaciones Industrials Tipicas de los Filtros de Tela Limpiados con Aire a la Inversa ( EPA, 1997; EPA, 1998a) Aplicacion Source Classification Code (Codigo de Clasificacion de la Fuente en EE.UU.) Calderas de Termoelectricas (Carbon) Calderas Industrials (Carbon, Madera) Calderas Comerciales/lnstitucionales (Carbon, Madera) Procesamiento de Metales No Ferrosos (Primario y Secundario): Cobre Plomo Zinc Aluminio 1-01-002...003 1-02-001...003, 1-02-009 1-03-001...003, 1-03-009 Produccion de Otros Metales 3-03-005, 3-04-002 3-03-010,3-04-004 3-03-030, 3-04-008 3-03-000...002 3-04-001 3-03-011...014 3-04-005...006 3-04-010...022 Procesamiento de Metales Ferrosos Coque Produccion de Aleaciones de Hierro Produccion de Hierro y Acero Fundiciones de Hierro Gris Fundiciones de Acero Productos Minerales: Manufactura de Cemento Limpieza de Carbon Explotacion y Procesamiento de Piedra Otro Manufactura de Asfalto Molienda de Granos 3-03-003...004 3-03-006...007 3-03-008...009 37683 3-04-007,-009 3-05-006...007 40241 43894 3-05-003...999 3-05-001...002 39142 Caracteristicas de la Emision: a. Flujo de Aire: Las casas de bolsas se separan en dos grupos, estandary hechas a la medida, que a su vez se separan en tres subgrupos de baja, mediana y alta capacidad. Las casas de bolsas estandar son unidades construidas de fabrica y que se tienen en existencia. Estas pueden Hoja de Datos EPA-CICA Filtro de Tela Tipo Limpieza con Aire-lnvertido ------- manejar desde menos de 0.10 a mas de 50 metres cubicos estandares porsegundo (m3/s) (de "cientos" a mas de 100,000 pies cubicos estandares por minuto (scfrn)). Las casas de bolsas hechas a la medida son disenadas para aplicaciones especificas y se construyen de acuerdo a las especificaciones establecidas por el cliente. Estas unidades son generalmente mas grandes que las unidades estandar, porejemplo, desde 50 hasta mas de 500 m3/s (de 100,000 a mas de 1,000,000 scfm) (EPA, 1998b). b. Temperatura: Tipicamente, pueden manejarse en forma rutinaria temperaturas de gases hasta de aproximadamente 260 °C (500 °F), con picos hasta cerca de aproximadamente 290 °C (550 °F), con tela del material apropiado. Se pueden utilizar enfriadores por aspersion o dilucion con aire para bajar la temperatura de la corriente del contaminante. Esto evita que se excedan los limites de temperatura de la tela. Al bajar la temperatura, sin embargo, aumenta la humedad de la corriente del contaminante. Por lo tanto, la temperatura minima de la corriente del contaminante debe permanecer por encima del punto de rocio de cualquier condensable en la corriente. La casa de bolsas y los conductos asociados deben aislarse y posiblemente calentarse si pudiera presentarse condensation ( EPA, 1998b). c. Carga de Contaminantes: Las concentraciones tipicas de entrada a las casas de bolsas son de 1 a 23 gramos por metro cubico (g/m3) (0.5 a 10 granos por pie cubico (gr//f), pero en casos extremes, las condiciones de entrada pueden variar entre 0.1 a mas de 230 g/m3 (de 0.05 a mas de 100gr//f) (EPA, 1998b). d. Otras Consideraciones: El contenido de humedad y de corrosives son las caracteristicas principales de la corriente gaseosa que requieren consideraciones de diseno. Los filtros de tela estandar se pueden usar a presion o al vacio, perosolamente dentro del rango de aproximadamente ± 640 mm de columna de agua (25 pulgadas de columna de agua). Se ha demostrado que las casas de bolsas bien disenadas y operadas son capaces de reducir las emisiones totales de particulas a menos de 0.05 g/m3 (0.010 gr//f), y en un numero de casos, hasta tan bajo como de 0.002 a 0.011 g/m3 (de 0.001 a 0.005 gr/ff3) (AWMA, 1992). Requisites de Pre-Tratamiento de las Emisiones: Debido a la amplia variedad de tipos de filtros disponibles al disenador, por lo general no se requiere dar tratamiento previo para modificar la temperatura de entrada de la corriente del contaminante. Sin embargo, en algunas aplicaciones a altas temperaturas, el costo de las bolsas resistentes a las altas temperaturas debe de ponderarse contra el costo de disminuir la temperatura de entrada por medio de enfriadores por aspersion o con dilucion con aire (EPA, 1998b). Cuando gran parte de la carga del contaminante consiste de particulas relativamente grandes, se pueden utilizar recolectores mecanicos tales como los ciclones, para reducir la carga sobre el filtro de tela, especialmente a altas concentraciones de entrada (EPA, 1998b). Informacion de Costos: A continuation se presentan costos estimados para filtros de tela tipo limpieza con aire-invertido; tipo limpieza con chorro-invertido mejorada con bocina sonica; y para filtros de tela tipo limpieza con aire-invertido (referido como casa de bolsas). Los costos estan expresados en dolares de 2002 para los filtros de tela tipo limpieza con chorro-invertido mejorada con bocina sonica. Para las estimaciones de costos, se supone un diseno convencional bajo condiciones tipicas de operation. En los costos no se incluye equipo auxiliartal como ventiladores y conductos. Los costos para los sistemas limpiados con aire invertido, son elaborados utilizando hojas de calculo de la EPA para estimation de costos de filtros de tela (EPA, 1998b). Los costos estimados para mejoramiento Hoja de Datos EPA-CICA Filtro de Tela 3 Tipo Limpieza con Aire-invertido ------- con bocina sonica, se obtienen de cotizaciones del fabricante, dadas en el Manual de Costos de Control de la OAQPS (EPA, 1998b). Las bocinas sonicas son presentadas como un costo incrementado al costo de capital para un sistema limpiado con aire invertido. El costo de operacion y mantenimiento (O y M), para sistemas limpiados con aire a la inversa, se reduce de 1 a 3 % con mejoramiento con bocina sonica. El costo de capital para las casas de bolsas de tela limpiadas con chorro invertido, se basa en cotizacion del fabricante (Carrington, 2000). Esta cotizacion incluye solo el costo de equipo comprado de la casa de bolsa. No se estimaron los costos de O y M, los costos anualizados ni la eficiencia de costo para chorro invertido. En general, el chorro invertido tiene costos de capital y de O y M mas altos que el aire invertido, debido a su complejidad (vea la Seccion 10, Teoria de Operacion). Los costos estan dictados principalmente por la proporcion de flujo volumetrico de la corriente del contaminante y por la carga del contaminante. En general, una unidad pequena controlando una carga baja de contaminante, no sera tan efectiva en costo como una unidad grande controlando una carga alta de contaminante. Los costos presentados son para proporcion de flujo de 470 m3/s (1,000,000 scfm) y 1.0 m3/s (2,000 scfm), respectivamente y para una carga del contaminante de 9 g/m3 (4.0 gr//f). Para chorro invertido, el costo de capital presentado es para una casa de bolsas de 378,000 m3/s (800,000 scfm). Los contaminantes que requieren un nivel de control inusualmente alto o que requieren que las bolsas de tela o la unidad en si, sean construidas de materiales especiales tales como Gore-Texo acero inoxidable, incrementaran los costos del sistema (EPA, 1998b). Los costos adicionales para controlar corrientes mas complejas de contaminantes, no estan reflejados en las estimaciones dadas mas abajo. Para estos tipos de sistemas, el costo de capital podria incrementarse tanto como 40% y el costo de O y M podria incrementarse tanto como 5%. a. Costo de Capital: $19,000 a $180,000 por nf/s ($9 a $85 por scfm) $1,000 a $1,300 por m3/s ($0.51 a $0.61 por scfm), costo adicional por mejoramiento con bocinas sonicas $2,000 a $4,200 m3/s ($1 a $2 por scfm), costo de equipo comprado de chorro a la inversa b. Costo deOyM: $14,000 a $58,000 por nf/s ($6 a $27 por scfm), anualmente c. Costo Anualizado: $16,000 a $106,000 por nf/s ($8 a $50 por scfm), anualmente d. Eficiencia de Costos: $58 a $372 portonelada metrica ($53 a $337 portonelada corta). Teoria de Operacion: En un filtro de tela, el gas residual se pasa por una tela de tejido apretado o de fieltro, causando que la MP en el gas sea recolectada en la tela portamizadoy porotros mecanismos. Los filtros de tela pueden seren forma de hojas, cartuchos o bolsas, con un numero de unidades individuales de filtros de tela encasillados en grupo. Las bolsas son el tipo mas comun de filtro de tela. La plasta de polvo que se forma sobre el filtro por la MP recolectada puede aumentar la eficiencia de recoleccion significativamente. A los filtros de tela se les conoce frecuentemente como "casas de bolsas" porque la tela esta configurada por lo general en bolsas cilindricas. Las bolsas pueden serde 6 a 9 m de largo (20 a 30 pies) y de 12.7 a 30.5 cm (5 a 12 pulgadas) de diametro. Se colocan grupos de bolsas en compartimientos aislables para permitir la limpieza de las bolsas o el reemplazo de algunas de ellas sin tener que interrumpir todo el filtro de tela. ( STAPPA/ALAPCO, 1996). Las condiciones de operacion son factores importantes para la seleccion de la tela. Algunas telas (por ejemplo, poliolefinas, de nylon, acrilicos, poliesteres), son utiles solamente a temperaturas relativamente Hoja de Datos EPA-CICA Filtro de Tela 4 Tipo Limpieza con Aire-Invertido ------- bajas de 95 a 150 °C (200 a 300°F). Para corrientes de gas residual a altas temperaturas, deben utilizarse telas mas estables termicamente, tales como la fibra de vidrio, el Teflon o el Nomex. ( STAPPA/ALAPCO, 1996). La aplicacion practica de los filtros de tela requiere el uso de una gran superficie de tela para evitar una inaceptable caida de presion a traves de la tela. El tamano de la casa de bolsas para una unidad en particular se determina por la seleccion de la relacion de aire-a-tela o la relacion de flujo volumetrico de aire a la superficie del tejido. La seleccion de la relacion de aire-a-tela depende de la carga y caracteristicas de la materia particulada y del metodo de limpieza utilizado. Una carga alta de particulas requerira el uso de una casa de bolsas mas grande para evitar la formacion de una plasta de polvo muy pesada, lo que resultaria en una caida de presion excesiva. Por ejemplo, una casa de bolsa para una caldera de termoelectrica de 250 MW puede tener 5,000 bolsas individuales, con una superficie total de tela cercana a los 46,500 m2 (500,000 pies cuadrados) (ICAC, 1999). El funcionamiento de las casas de bolsas esta determinado entre otros factores, por la tela seleccionada, la frecuencia y el metodo de limpieza y las caracteristicas del particulado. Pueden seleccionarse telas para que intercepten una fraccion mayor del particulado y algunas telas estan recubiertas con una membrana con aperturas muy Unas para mejorar la remocion de las particulas sub-micrometricas. Estas telas suelen ser mas caras. La intensidad y la frecuencia de la limpieza son variables importantes que determinan la eficiencia de remocion. Debido a que la plasta de polvo puede proporcionar una fraccion significativa de la capacidad de remocion de particulas finas de una tela, la limpieza demasiado frecuente o demasiado intensa disminuira la eficiencia de remocion. Porotra parte, si la remocion es demasiado infrecuente o inefectiva, entonces la caida de presion de la casa de bolsas llegara a ser muy alta (ICAC, 1999). La limpieza con aire invertido es un metodo popular de limpieza de filtros de tela que ha sido utilizado extensamente y siendo mejorado a traves de los anos. Es un mecanismo limpiador mas ligero que el sacudimiento mecanico pero a veces menos efectivo. La mayoria de los filtros de tela con aire invertido operan de una manera similar a los filtros de tela limpiados por sacudimiento. Tipicamente, las bolsas estan abiertas en el fondo, cerradas en la parte superior y el gas fluye de la parte interior a la parte exterior de las bolsas, el polvo siendo capturado en el interior. Sin embargo, algunos disenos con aire invertido recolectan el polvo en el exterior de las bolsas. En cualquiera de los disenos, la limpieza con aire invertido se Neva a cabo forzando aire limpio a traves de los filtros en la direccion opuesta al flujo del gas empolvado. El cambio de direccion del flujo del gas causa que la bolsa se doble y quiebre la plasta de polvo. En la recoleccion de la plasta interna, se permite que las bolsas se desintegren hasta cierto grado durante la limpieza con aire invertido. Por lo general, se evita que las bolsas se desintegren por completo mediante algun tipo de soporte, tal como anillos que son cosidas a las bolsas. Este soporte permite que la plasta de polvo caiga de las bolsas hacia la tolva. El desprendimiento de la plasta de polvo es propiciado tambien por el flujo invertido del gas. Debido a que las telas de fieltro retienen el polvo mas que las telas tejidas, y por lo tanto, son mas dificiles de limpiar, las felpas no son usadas comunmente en sistemas con aire invertido ( EPA, 1998a). Existen varies metodos para invertir el flujo a traves de los filtros. Tal como con los filtros de tela limpiados con un sacudidor mecanico, el enfoque mas comun es tener compartimientos separados dentro del filtro de tela, de manera que cada compartimiento pueda ser aislado y limpiado por separado mientras los otros compartimientos continuan tratando el gas cargado de polvo. Un metodo para proporcionar el flujo invertido del aire es por medio del uso de un ventilador secundario o de gas limpio de los otros compartimientos. La limpieza solo con aire invertido es utilizada unicamente en casos en los que el polvo se desprende facilmente de la tela. En muchos casos, el aire invertido se utiliza en conjunto con sacudimiento, pulsos o bocinas sonicas (EPA, 1998a). Hoja de Datos EPA-CICA Filtro de Tela 5 Tipo Limpieza con Aire-Invertido ------- Las bocinas sonicas se utilizan cada vez mas para mejorar la eficiencia de recoleccion de los filtros de tela limpiados porsacudimiento mecanicoo con aire invertido (AWMA, 1992). Las bocinas sonicas utilizan aire comprimido para hacer vibrar un diafragma metalico, produciendo una onda sonora de baja frecuencia en la campana de la bocina. El numero de bocinas que son requeridas esta determinado por la superficie de la tela y el numero de compartimientos de la casa de bolsas. Tipicamente, son requeridas de 1 a 4 bocinas por compartimiento operando de 150 a 200 hertz. El aire comprimido para las bocinas se suministra de 275 a 620 kilo-Pascales (kPa) (40 a 90 libras por pulgada cuadrada manometricas (psig)). Las bocinas sonicas se activan de 10 a 30 segundos aproximadamente durante cada ciclo de limpieza (Carr, 1984). La limpieza con bocinas sonicas reduce significativamente la carga residual de polvo en las bolsas. Esto disminuye de 20 a 60% la caida de presion a traves del filtro de tela. Tambien aminora el esfuerzo mecanico que se requiere para limpiar las bolsas, resultando en una vida de operacion mas larga (Carr, 1984). Tal como se menciono previamente, esto puede reducir el costo de O y M de 1 a 3% anualmente. Los compartimientos de las casas de bolsas son facilmente reconvertidos a bocinas sonicas (EPA, 1998a). La limpieza con chorro a la inversa es un metodo desarrollado en los 50's para proporcionar una mejor remocion del polvo residual. En este metodo, el aire a la inversa se conecta portuberia a un anillo alrededor de la bolsa, que cuenta con una ranura angosta. El aire fluye por la ranura, creando una corriente de aire de alta velocidad que flexiona la bolsa en ese punto. El anillo esta montado en un transportador accionado por un sistema de motor y cable, que sube y baja por la bolsa. Este metodo proporciona una limpieza excelente del polvo residual. Debido a su complejidad, sin embargo, los requerimientos de mantenimiento son muy altos. Adicionalmente, el golpe del aire en las bolsas resulta en mayor desgaste (Billings, 1970). La aplicacion de limpieza con chorro a la inversa ha ido disminuyendo (EPA, 1998a). Ventajas: En general, los filtros de tela proporcionan altas eficiencias de recoleccion tanto para materia particulada gruesas como para la de tamano fino (sub-micras). Son relativamente insensibles a las fluctuaciones en las condiciones de la corriente de gas. En el caso de filtros con limpieza continua, la eficiencia y la caida de presion permanecen relativamente invariables con fuertes cambios en la carga de entrada de polvo. El aire de salida del filtro es bastante limpio y en muchos casos puede ser re-circulado dentro de la planta (para la conservation de energia). El material recolectado se recolecta seco para su procesamiento o disposition subsecuentes. Normalmente, no son problemas la corrosion ni la oxidation de sus componentes. Su operacion es relativamente simple. A diferencia de los precipitadores electrostaticos, los sistemas de filtros de tela no requieren del uso de alto voltaje, por lo tanto, el mantenimiento se simplifica y podria recolectarse el polvo inflamable con el cuidado apropiado. El uso de ayudas selectas de filtration granulares o fibrosas (pre-impregnado), permite la recoleccion con alta eficiencia de contaminantes gaseosos y humos de tamanos menores de una micra. Los recolectores estan disponibles en un gran numero de configuraciones, resultando en un rango de dimensiones y de localizaciones de las bridas de entrada y salida, para cumplir con los requisites de instalacion (AWMA, 1992). Desventajas: Para temperaturas muy por encima de los 290 °C (550 °F) se requiere el uso de telas metalicas o de mineral refractario especial, las cuales pueden ser caras. Para ciertos tipos de polvo se pueden requerir telas tratadas para reducir la percolation de los polvos o, en otros casos, para facilitar la remocion de los polvos recolectados. Las concentraciones de algunos polvos en el colector, aproximadamente 50 g/m3 (22 gr/ff), pueden representar un peligro de fuego o explosion, si se produce una llama o una chispa accidentalmente. Las telas pueden arder si se recolecta polvo rapidamente oxidable. Los filtros de tela tienen requerimientos altos de mantenimiento (por ejemplo, reemplazo periodico de las bolsas). La vida de la tela puede ser acortada a temperaturas elevadas y en presencia de constituyentes gaseosos o particulados acidos o Hoja de Datos EPA-CICA Filtro de Tela 6 Tipo Limpieza con Aire-Invertido ------- alcalinos. No pueden seroperados en ambientes humedos; los materiales higroscopicos, la condensation de humedad o los materiales adhesivos espesos pueden causar costras o tapar la tela o requerir aditivos especiales. Se pudiera requerir protection respiratoria para el personal de mantenimiento al reemplazar la tela. Se requiere una caida de presion mediana, tipicamente en el rango de 100 a 250 mm de columna de agua (4 a 10 pulgadas de columna de agua) (AWMA, 1992). Otras Consideraciones: Los filtros de tela son utiles para recolectar particulas con resistividades ya sea demasiado bajas o demasiado altas como para ser recolectadas con precipitadores electrostaticos. Por lo tanto, los filtros de tela pueden ser buenos candidates para recolectar las cenizas volantes de los carbones bajos en azufre o las cenizas volantes que contengan niveles altos de carbon sin quemar, las cuales tienen alta y baja resistividad respectivamente y son por lo tanto, relativamente dificiles de recolectar con precipitadores electrostaticos (STAPPA/ALAPCO, 1996). Referencias: AWMA, 1992. Air & Waste Management Association, Air Pollution Engineering Manual, Van Nostrand Reinhold, New York. Billings, 1970. Billings, Charles, et al, Handbook of Fabric Filter Technology Volume I: Fabric Filter Systems Study, GCA Corp., Bedford MA, December. Carr, 1984. Carr, R. C. and W. B. Smith, Fabric Filter Technology for Utility Coal-Fired Power Plants, Part V: Development and Evaluation of Bag Cleaning Methods in Utility Baghouses, J. Air Pollution Control Assoc., 34(5):584, May. Carrington, 2000. Personal communication from W. Edson of Carrington Engineering Sales Co. to P. Hemmer of The Pechan-Avanti Group, Division ofE.H. Pechan and Assoc., Inc, January 21. EPA, 1997. U.S. EPA, Office of Air Quality Planning and Standards, "Compilation of Air Pollutant Emission Factors, Volume I, Fifth Edition, Research Triangle Park, NC., October. EPA, 1998a. U.S. EPA, Office of Air Quality Planning and Standards, "Stationary Source Control Techniques Document for Fine Particulate Matter," EPA-452/R-97-001, Research Triangle Park, NC., October. EPA, 1998b. U.S. EPA, Office of Air Quality Planning and Standards, "OAQPS Control Cost Manual," Fifth Edition, Chapters, EPA 453/B-96-001, Research Triangle Park, NC. December. ICAC, 1999. Institute of Clean Air Companies internet web page www.icac.com, Control Technology Information - Fabric Filters, page last updated January 11, 1999. STAPPA/ALAPCO, 1996. State and Territorial Air Pollution Program Administrators and Association of Local Air Pollution Control Officials, "Controlling Particulate Matter Under the Clean Air Act: A Menu of Options," July. Hoja de Datos EPA-CICA Filtro de Tela 7 Tipo Limpieza con Aire-lnvertido ------- |