NL2022623B1 - Werkwijze en inrichting voor het neerslaan van stofdeeltjes - Google Patents

Abstract

Werkwijze voor het capteren van stofdeeltjes met behulp van een vernevelingsinrichting, dewelke een serie sproeikoppen omvat, waarbij de vernevelingsinrichting geregeld wordt met behulp van minstens vier bepalende parameters : een (i) windrichting, een (ii) mondstuk voor elke sproeikop, een (iii) druk in de sproeikop en een (iiii) waterdebiet doorheen genoemde sproeikop, waarbij deze parameters bepaald worden op basis van een partikeldistributie van de stofdeeltjes en hun soortelijk gewicht met het kenmerk, dat minstens één van de bepalende parameters afhankelijk is van minstens één van de onderstaande parameters : een atmosferische windsnelheid, een luchtvochtigheid, een waterabsorptie van de stofdeeltjes of een hygroscopische eigenschap van de stofdeeltjes.

Description

WERKWIJZE EN INRICHTING VOOR HET NEERSLAAN VAN STOFDEELTJES

TECHNISCH DOMEIN De uitvinding heeft betrekking op een inrichting en werkwijze voor het neerslaan en afdrijven van stofpartikels in de lucht door het genereren en aanwenden van in lucht gesuspendeerde vloeistofdruppels, en meer in het bijzonder op een inrichting voor het genereren en aanwenden van een fijne mist met vloeistofdruppels met voorbepaalde en aanpasbare partikeldiameters.

STAND DER TECHNIEK In de lucht gesuspendeerde stofpartikels kunnen nefaste gevolgen hebben op de gezondheid van werknemers en omwonenden, maar kunnen op de werkvloer tevens tot mechanische problemen leiden zoals verstopte filters van machines, vuilopstapeling in machineonderdelen, en andere. Dit is in het bijzonder een probleem bij afvalverwerkingsbedrijven, houtverwerkingsbedrijven, papierindustrie, mijnbouwindustrie, bouw- of sloopwerkzaamheden, kolengestookte elektriciteitscentrales, staalfabrieken, gieterijen en andere basisindustrieën.

Een van de bekende manieren om het ontstaan van stof te onderdrukken, is om een persoon een waterslang te laten gebruiken om bepaalde delen van de bouwplaats te spuiten. Hoewel het gebruik van een slang enige baat kan hebben om de hoeveelheid stof te verminderen, volstaat deze werkwijze niet om stofpartikels effectief uit de lucht te doen neerslaan, gezien de waterdruppels die hierdoor voortgebracht worden typisch te groot zijn om stof effectief te doen neerslaan. Volgende uitvindingen komen hieraan tegemoet door partikels van gewenste groottes te genereren: US 2007/0186778A1, getiteld "System and method of controlling dust and odors”, beschrijft onder andere een verplaatsbaar toestel met als doel het neerslaan van stofpartikels aan de hand van vloeistofdruppels tussen 50 en 200 micrometer, waarbij het toestel bestaat uit een ventilator of ander luchtstroomopwekkend element, een kanaal om een luchtstroom in op te wekken, te richten en te projecteren, waarbij een aantal sproeikoppen worden opgesteld aan het einde van het kanaal waar de luchtstroom het kanaal verlaat. De sproeiknoppen vernevelen aangevoerde vloeistoffen, zoals water, in het kanaal in minstens twee verschillende druppeldiameters om stof en geuren te onderdrukken. Daarnaast kan de hoek waaronder de luchtstroom de vernevelde vloeistof richt, aangepast worden.

US 2010/0126340A1, getiteld “System and method of controlling dust and/or odors with a blower unit and a deployable baffle member”, beschrijft een soortgelijk toestel als hierboven beschreven, uitgebreid met een scherm, met als bedoeling het optimaal leiden van de gecreéerde luchtstroom met daarin de gevormde druppels. Op deze manier wordt verbeterd gebruik gemaakt van de luchtstroom en een verhoogd aantal stofpartikels neergeslagen met eenzelfde energiekost.

Een probleem met de gekende stand der techniek is echter dat dergelijke inrichtingen een verhoogde waterdruk vereisen om de gewenste partikelgrootte te verkrijgen. Hierdoor is een waterbron onder verhoogde druk vereist. Ingeval dergelijke waterbron niet aanwezig is, moet een boosterpomp of compressor in de inrichting worden geincorporeerd, met als gevolg dat de inrichting beduidend meer geluid produceert en tevens een hoger elektriciteitsverbruik heeft.

Een ander probleem dat zich stelt is dat men veelal aparte installaties aanwendt voor toepassingen die verschillende druppelgroottes vereisten. Het aanpassen van de druppelgrootte in functie van de partikeldistributie is gekend. Deze methoden houden echter geen rekening met de interactie tussen de vloeistofpartikels, doorgaans water, en de stofpartikels. Zo zijn vele stofpartikels hygroscoop of absorbens, en is ook het gewicht van het stofpartikel belangrijk.

Nog een probleem is dat het besproeide oppervlak typisch te nat wordt, waardoor dergelijke installaties zich niet verlenen voor toepassingen bijvoorbeeld de hout- en papierindustrie.

Daarnaast is het ook belangrijk de neerslag van stofdeeltjes zo efficient mogelijk te doen verlopen. Het water dat gebruikt wordt voor de neerslag moet dikwijls als afvalwater verwerkt worden. Het geproduceerde afvalwater dient zo sterk mogelijk beperkt te worden.

De huidige uitvinding beoogt een oplossing te vinden voor ten minste enkele van bovenvermelde problemen.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING In een eerste aspect betreft de uitvinding een werkwijze voor het capteren van stofpartikels in de lucht volgens conclusie 1.

Deze werkwijze heeft als voordeel dat een methodische aanpak gebruikt wordt voor het optimaliseren van de werkingsparameters van de vernevelingsinrichting, in functie van de toepassing waarvoor deze vereist zijn. Deze toepassing wordt gekarakteriseerd, met name door middel van een partikeldistributie, soortelijk gewicht en waterabsorptie van de stofdeeltjes. Dit heeft als een verbeterd capteren van stofpartikels. Verder wordt hierdoor minder water en energie gebruikt.

Een particuliere voorkeursvorm van het eerste aspect, omvat het gebruik van een waterbron op lage druk. Deze waterbron kan gebruikt worden door een combinatie van een fijnere mist, verbeterde sproeikop en een beter geoptimaliseerd druppeldistributie die leidt tot een lager waterdebiet. Hierdoor wordt een aanzienlijke energie kost, noodzakelijk voor het ophogen van de waterdruk, uitgespaard.

In een tweede aspect betreft de uitvinding een inrichting voor het capteren van stofdeeltjes, dewelke geoptimaliseerd is volgens de werkwijze uit het eerste aspect.

Deze inrichting heeft als voordeel aanwendbaar te zijn voor een brede waaier aan toepassingen, zonder hierbij zijn specificiteit voor de huidige toepassingen te verliezen. Het optimaliseren van de bedrijfsparameters van de inrichting verlaagd het watergebruik, energiegebruik en leidt tot een verbeterde neerslag van stofpartikels.

Deze installatie heeft toepassingen in enerzijds afvalverwerking om bij het ontladen en/of opladen van afval opgestoven stofpartikels neer te slaan, die nefaste gevolgen kunnen hebben op de gezondheid van werknemers en omwonenden, maar ook tot mechanische problemen kunnen leiden zoals verstopte filters van machines, vuilopstapeling in machineonderdelen en andere.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING De uitvinding betreft een inrichting en werkwijze voor het neerslaan en afdrijven van stofpartikels in de lucht door het genereren en aanwenden van in lucht gesuspendeerde vloeistofdruppels, en meer in het bijzonder op een inrichting voor het genereren en aanwenden van een fijne mist met vloeistofdruppels met voorbepaalde en aanpasbare partikeldiameters.

Tenzij anders gedefinieerd hebben alle termen die gebruikt worden in de beschrijving van de uitvinding, ook technisch en wetenschappelijke termen, de betekenis zoals ze algemeen begrepen worden door de vakman in het technisch veld van de uitvinding.

Voor een betere beoordeling van de beschrijving van de uitvinding, worden de volgende termen expliciet uitgelegd.

“Een”, "de" en “het” refereren in dit document naar zowel het enkelvoud als het meervoud tenzij de context duidelijk anders veronderstelt. Bijvoorbeeld, “een segment” betekent een of meer dan een segment.

Wanneer “ongeveer” of “rond” in dit document gebruikt wordt bij een meetbare grootheid, een parameter, een tijdsduur of moment, en dergelijke, dan worden variaties bedoeld van +/-20% of minder, bij voorkeur +/-10% of minder, meer bij voorkeur +/-5% of minder, nog meer bij voorkeur +/-1% of minder, en zelfs nog meer bij voorkeur +/-0.1% of minder dan en van de geciteerde waarde, voor zoverre zulke variaties van toepassing zijn in de beschreven uitvinding. Hier moet echter wel onder verstaan worden dat de waarde van de grootheid waarbij de term “ongeveer” of “rond” gebruikt wordt, zelf specifiek wordt bekendgemaakt.

De termen “omvatten”, “omvattende”, “bestaan uit”, “bestaande uit”, “voorzien van”, “bevatten”, “bevattende”, “behelzen”, “behelzende”, “inhouden”, “inhoudende” zijn synoniemen en zijn inclusieve of open termen die de aanwezigheid van wat volgt aanduiden, en die de aanwezigheid niet uitsluiten of beletten van andere componenten, kenmerken, elementen, leden, stappen, gekend uit of beschreven in de stand der techniek.

Het citeren van numerieke intervallen door de eindpunten omvat alle gehele getallen, breuken en/of reële getallen tussen de eindpunten, deze eindpunten inbegrepen.

In het eerste aspect omvat de huidige uitvinding een werkwijze voor het capteren van stofdeeltjes met behulp van een vernevelingsinrichting, dewelke een serie sproeikoppen omvat, waarbij de vernevelingsinrichting geregeld wordt met behulp van minstens vier bepalende parameters : een (i) windrichting, een (ii) mondstuk voor elke sproeikop, een (iii) druk in de sproeikop en een (iiii) waterdebiet doorheen genoemde sproeikop, waarbij deze parameters bepaald worden op basis van een partikeldistributie van de stofdeeltjes en hun soortelijk gewicht met het kenmerk, dat minstens één van de bepalende parameters afhankelijk is van minstens één van de onderstaande parameters : een atmosferische windsnelheid, een luchtvochtigheid, een waterabsorptie van de stofdeeltjes of een hygroscopische eigenschap van de 5 stofdeeltjes. “Stofdeeltjes” duiden steeds op in lucht gesuspendeerde kleine partikels. Deze stofdeeltjes hebben een verschillende grootte, dewelke wordt gekarakteriseerd door een partikeldistributie.

Een “nevel”, “mist” of “verneveling” duidt steeds op een serie waterdruppels, ook gesuspendeerd in de lucht, met een druppeldistributie dewelke de verschillende diameters van de waterdruppels beschrijft.

In het eerste aspect is de uitvinding dus het optimaliseren van de gebruiksparameters van de vernevelingsinrichting in functie van de windsnelheid, windrichting, hygroscopische eigenschappen en waterabsorptie van de stofdeeltjes. Deze parameters zijn voor bepaalde toepassingen belangrijk gebleken.

Zo is windsnelheid belangrijk bij een open stortplaats, alsook in mijnen of in de buurt van een woonomgeving. Zo zal sterke wind grotere partikels in de lucht suspenderen. Verder zal sterke wind partikels verder dragen, waardoor ook soms strengere eisen gelden. Tenslotte heeft een sterke wind nefaste gevolgen op de gevormde verneveling.

Deze werkwijze heeft als voordeel een lager watergebruik, energiegebruik en verbeterd capteren van stofdeeltjes. Verder is het voor het watergebruik en energiegebruik voordelig een fijne mist met kleine druppelgroottes toe te wenden. Afhankelijk van de stofdeeltjes zal het neergeslagen water behandeld worden als afvalwater. Dit maakt een laag watergebruik extra voordelig.

Het is gekend dat de druppeldiameter in dezelfde grootte orde moet zijn als een stofdeeltje voor het capteren en neerslaan van genoemd stofdeeltje.

Volgens de huidige uitvinding wordt de gekende druppelgrootte, dewelke alternatief kan worden uitgedrukt als een druppeldistributie, gecorrigeerd met een correctieterm. Deze correctieterm wordt bepaald op basis van een partikeldistributie van de stofdeeltjes, een soortelijk gewicht van de stofdeeltjes en een waterabsorptie van de stofdeeltjes.

Zo zullen hygroscope stofdeeltjes gemakkelijker door waterdruppels gecapteerd worden en neerslaan. Zonder aan deze theorie gebonden te zijn, vermoedt de uitvinder dat hygroscope deeltjes in natte omgevingen dienst doen als kiem, waarbij deze stofdeeltjes niet enkel door voldoende grootte vloeistofdruppels kunnen gecapteerd worden, maar dat ook kleinere vloeistofdruppels en luchtvochtigheid aangetrokken worden en tot een voldoende grote druppel coaguleren. In deze gevallen is de correctieterm negatief en kan fijner verneveld worden.

Voor andere toepassingen kan deze correctieterm positief zijn, waardoor men een grotere druppeldiameter wenst voor optimale bediening van de vernevelingsinrichting. Het gebruik van deze correctieterm is niet gelimiteerd tot absorberende stoffen. De windrichting en windsterkte kan ook tot een correctieterm leiden. Deze kan, in particulier bij open of halfopen faciliteiten, gebruikt worden om continu de verneveling efficiënt doch doeltreffend genoeg te besturen.

Dit is voordelig aangezien afval, inclusief stof en geurhinder aan strenge normen moet voldoen. Dit betekent dat inrichtingen voor het capteren van stof doorgaans ontworpen worden met significant strengere normen dan het noodzakelijke minimum. Het is echter wél noodzakelijk dat dit noodzakelijke minimum steeds behaald wordt. Zo mag wind niet leiden tot een stofwolk in een woonzone. Aan de andere kant leiden deze significant strengere normen dikwijls tot een suboptimale werkingstoestand en een hoog energie en waterverbruik bij normale condities. Als gevolg kan de atmosferische windrichting en windsnelheid ook gemeten worden. In de eerste plaats wordt de blazer hieraan aangepast. Daarnaast zal, volgens het eerste aspect, bij sterke windsnelheden ook de druppelgrootte gecorrigeerd worden.

Volgens een voorkeursvorm van het eerste aspect omvat de serie sproeikoppen een uitwisselbaar of instelbaar mondstuk. Dit instelbaar mondstuk of deze reeks uitwisselbare mondstukken omvatten diameters tussen 0.8 en 1.6mm, bij voorkeur

0.8 en 1.3 mm.

Dit heeft als voordeel het systeem voor verschillende toepassingen en druppelgroottes te kunnen optimaliseren.

Volgens een andere voorkeursvorm wordt een debiet tussen 40 en 175liter per uur water doorheen elke sproeikop gestuurd. Bij voorkeur is het debiet tussen 56 en 106 liter per uur. Het debiet is eenvoudiger continu regelbaar dan de diameters van de mondstukken. Het is dan ook voordelig de real-time regeling van de vernevelingsinrichting met behulp van het debiet te doen. Verder geven de voorkeursdebieten een goede, fijne verneveling in combinatie met de voorgaande mondstukken. Volgens een andere voorkeursvorm, waarbij tussen twee opeenvolgende sproeikoppen een afstand tussen de 90 en 200 cm ligt, bij voorkeur tussen 90 en 125 cm. De afstand tussen sproeikoppen is uiteraard afhankelijk van de gebruikte sproeikoppen en mondstukken. Het is echter noodzakelijk enige mate van overlap te hebben. Verder is het noodzakelijk de overlap te minimaliseren zonder dat de nevel “gaten” vertoond, zijnde plaatsen waar door lokale condities de druppeldistributie significant afwijkt. 80 tot 95 cm tussen sproeikoppen is een goede balans tussen watergebruik en efficiëntie van het capteren van stofdeeltjes. Volgens een alternatieve uitvoeringsvorm produceert de vernevelingsinrichting vloeistofdruppels met een druppeldistributie. Deze druppeldistributie wordt beschreven door de straal. In de eerste plaats moeten de druppeldiameters hoofdzakelijk tussen 0.01 en 1000 um liggen. Bij voorkeur tussen 5 en 200 um. Een druppeldistributie met druppeldiameters die “hoofdzakelijk” tussen 0.01 en 1000 um liggen kan beschreven worden met behulp van d10 en d90. Hierbij is d10 de diamater, waarbij 10% van de druppels een diamater kleiner dan d10 hebben. Zo ook is d90 de diamater waarbij 90% van de druppels een kleinere diameter omvatten. Hierbij is 10% en 90% op gewicht of volume basis. Er geldt dus dat d10 bij voorkeur groter is dan 0.01 ym, nog meer bij voorkeur groter dan 5 um. Er geldt verder ook dat d90 bij voorkeur kleiner is dan 1000 um, bij voorkeur kleiner dan 200 um.

Tussen 0.01 en 1000 um is noodzakelijk voor een fijne mist die alsnog in lucht gesuspendeerde stofdeeltjes te capteren. De sterkere voorkeur leidt tot een nauwere druppeldistributie met een hogere efficiëntie. Druppels tussen 0.01 en 5pm zijn dikwijls te klein om, zonder coagulatie, stofdeeltjes neer te slaan. Verder zullen te kleine druppels spontaan verdampen onder de invloed van de oppervlaktespanning. Druppels tussen 200 en 1000 um kunnen stofdeeltjes neerslaan, maar zijn niet efficiënt. Grote druppels leiden tot een groot vereist waterdebiet om voldoende stof neer te slaan. Zo zal voor eenzelfde debiet het capteren van stofdeeltjes beter verlopen bij een druppeldiameter die voornamelijk tussen 5 en 200 um ligt.

De grootste debieten kunnen, met behulp van een hoge verneveling en onder de invloed van de windsterkte, leiden tot een bereik tot 60 meter. Dit geeft de verneveling meer tijd om compleet door te gaan alvorens de nevel neerslaat.

Daarnaast zorgt dit ervoor dat de directe omgeving van de werkplaats niet nat wordt.

Dit laatste is voor sommige toepassingen een voordeel, en voor sommige toepassingen zelfs strikt noodzakelijk. Zo zijn sommige hout- en papierbewerkingen zeer gevoelig voor vocht.

Volgens een voorkeursvorm van de werkwijze, worden de sproeikoppen aangesloten op een lage druk waternetwerk. Dit waternetwerk kan zowel een publiek als een privé waterbron zijn. Het is echter zeer voordelig om, indien met een fijne mistnevel gewerkt kan worden, een lage druk waterbron te gebruiken. Dit voornamelijk omdat het verhogen van de waterdruk doorgaans een energie-intensief proces is. Bij voorkeur wordt het water aangevoerd aan minder dan 10 bar. Nog meer bij voorkeur minder dan 5 bar. Het liefst minder dan 10 bar. Een goed bedreven en ontworpen vernevelingsinrichting kan dikwijls op publieke waternetwerken op lage druk worden aangesloten, hetgeen het proces significant goedkoper maakt. Afhankelijk van de toepassing is dit mogelijk door de nood aan lagere druppeldiameters, beter gekozen een mondstuk diameter en een adequate opstelling.

Het tweede aspect van de huidige uitvinding omvat een inrichting dewelke bekomen of ontworpen is met behulp van een werkwijze volgens het eerste aspect, een inrichting dewelke geoptimaliseerd is met behulp van een werkwijze volgens het eerste aspect. Alternatief een inrichting dewelke bedreven wordt of is met behulp van de werkwijze uit het eerste aspect.

Deze inrichting kan zowel stationair als mobiel zijn. Volgens een uitvoeringsvorm is de inrichting mobiel. Voor open en halfopen faciliteiten kan een mistscherm gebruikt worden benedenwinds van de activiteiten die stof genereren. Zo kan opnieuw watergebruik, energie en installatiekost worden uitgespaard.

De onderhavige uitvinding is een verbetering ten opzichte van de eerdere inrichtingen voor het verwijderen van in de lucht gesuspendeerde stofpartikels gezien een nevel gegenereerd kan worden bij lagere vloeistofdrukken, waardoor middelen om de vloeistofdruk te verhogen, zoals een hydrofoor, niet in de inrichting geïncorporeerd hoeven te worden, met als gevolg dat een energiezuinigere, stillere, lichtere en meer mobiele mistinstallatie verkregen wordt, welke zonder bijkomstig middel om de vloeistofdruk te verhogen kan worden aangewend daar waar men toegang heeft tot leidingwater.

Tevens is de onderhavige uitvinding een verbetering ten opzichte van de eerdere inrichtingen gezien de aanwending van uitneembare en uitwisselbare mondstukken voor de sproeikoppen, waardoor partikelgroottes van de gegenereerde mist naar wens aanpasbaar zijn.

Door een mondstuk van een bepaalde grootte aan te wenden, kunnen immers vloeistofdruppels van een voorbepaalde grootte worden gegenereerd.

Indien de mobiele vernevelingsinrichting meerdere sproeikoppen omvat, kan door het aanwenden van mondstukken met verschillende groottes, een mist worden gegenereerd bestaande uit vloeistofdruppels met voorbepaalde diameters in overeenstemming met de groottes van de gekozen sproeimonden.

Tevens heeft onderhavige uitvinding als voordeel dat het oppervlak waarover de mist verspreid wordt niet merkbaar nat wordt.

Hierdoor worden enerzijds potentieel gevaarlijke omstandigheden veroorzaakt door natte en dus gladde oppervlakken vermeden, en anderzijds wordt het kwaliteitsverlies van de in de mist aanwezige producten, zoals houtschilfers, opmerkelijk beperkt.

Claims (7)

CONCLUSIES

1. Werkwijze voor het capteren van stofdeeltjes met behulp van een vernevelingsinrichting, dewelke een serie sproeikoppen omvat, waarbij de vernevelingsinrichting geregeld wordt met behulp van minstens vier bepalende parameters : een (i) windrichting, een (ii) mondstuk voor elke sproeikop, een (iii) druk in de sproeikop en een (iiii) waterdebiet doorheen genoemde sproeikop, waarbij deze parameters bepaald worden op basis van een partikeldistributie van de stofdeeltjes en hun soortelijk gewicht met het kenmerk, dat minstens één van de bepalende parameters afhankelijk is van minstens één van de onderstaande parameters : een atmosferische windsnelheid, een luchtvochtigheid, een waterabsorptie van de stofdeeltjes of een hygroscopische eigenschap van de stofdeeltjes, en waarbij de sproeikoppen een uitwisselbaar of instelbaar mondstuk omvatten, waardoor de sproeikoppen met een mondstuk met een diameter tussen 0.5 en 1.6 mm bedreven worden, bij voorkeur tussen 0.8 en 1.3 mm, en waarbij iedere sproeikop een debiet heeft tussen 41 en 173 l/u, bij voorkeur 41 en 110 I/u.

2. Werkwijze volgens voorgaande conclusies 1, waarbij tussen twee opeenvolgende sproeikoppen een afstand tussen de 90 en 200 cm ligt, bij voorkeur tussen 90 en 125 cm.

3. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies 1-2, waarbij de vernevelingsinrichting vloeistofdruppels produceert, waarbij de druppeldistributie van deze vloeistofdruppels voornamelijk bevat is door een diameter van 0.01 tot 1.000 um, bij voorkeur van 5 tot 200 um.

4. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies 1-3, waarbij de sproeikoppen worden aangesloten op een lage druk waternetwerk, waarvan de druk onder 10 bar ligt, bij voorkeur onder 5 bar, het liefst onder 3 bar.

5. Inrichting bekomen, geoptimaliseerd of bedreven met behulp van de werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies 1-4.

6. Inrichting volgens conclusie 5, waarbij de inrichting vast of mobiel is.

7. Inrichting volgens conclusie 5-6, met een bereik, zijnde de afstand tussen de verneveling en waar de mist neerslaat, van 8 tot 60 meter.