Пористые фильтры

 

Для очистки запыленных газов на последней ступени все большее распространение получает сухая очистка с помощью рукавных фильтров. Степень очистки газов в них при соблюдении правил технической эксплуатации до­стигает 99,9%.

Классификация рукавных фильтров возможна по следующим при­знакам:

- форма фильтровальных элементов (рукавные, плоские, клиновые и др.) и наличие в них опорных устройств (каркасные, рамные);

- место расположения вентилятора относительно фильтра (всасываю­щие - работающие под разрежением; нагнетательные - работающие под давлением);

- способ регенерации ткани (встряхивание, обратная продувка, импульсная продувка и др.);

- наличие и форма корпуса для размещения ткани - прямоугольные, цилиндрические, открытые (бескамерные);

- число секций в установке (одно- и многокамерные);

- вид используемой ткани (например, стеклоткань).

В качестве фильтровальных материалов применяют ткани из природ­ных волокон (хлопчатобумажные и шерстяные), ткани из синтетических во­локон (нитроновые, лавсановые, полипропиленовые и др.), а также стекло­ткани. Наиболее распространены синтетические материалы: лавсан, терилен, дакрон, нитрон, орлон, оксалон, сульфон, а также - фетры, изготовленные из шерсти и синтетических волокон (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Технические показатели фильтровальных полотен

Наименование	"Фильтра-550"	"Фильтра-330"
Поверхностная плотность, г/м2	550 ± 28	330 ± 17
Ширина, см	150 ± 3	145 ± 3
Толщина, мм	2 ± 0,3	1,3 ± 0,2
Воздухопроницаемость, дм3/(м2 · с), при перепаде давления 50 Па	150 ± 50	250 ± 50
Разрывная нагрузка, Н, не менее: по длине по ширине
Удлинение при разрыве, % По длине По ширине
Нормированная влажность, %

Промышленные испытания материала «Фильтра-550» в производстве сепарированного мела показывают степень улавливания пыли – 99. 9%, причём фракция с диаметром частиц 1-5 мкм составляет ≈ 75%.

Срок службы фильтровального материала не менее одного года. Верх­ний предел рабочих температур составляет 140-150 °С.

Нагнетательный рукавный фильтр работает следующим образом. Воздух под давлением поступает в верхнюю распределительную коробку, затем в матерчатые вертикальные рукава. Пройдя через рукава и оставив на их внутренней поверхности пыль, очищенный воздух выходит в атмо­сферу (помещение). Подвижная рама с проволочной сеткой при подъеме и опускании сжимает рукава в поперечном сечении, благодаря чему пыль сбрасывается в пылесборник и удаляется винтовым конвейером (шнеком). Недостатком таких фильтров является неполная очистка фильтрующей ткани при встряхивании, в результате чего значительно возрастает сопротивление фильтра и снижается его КПД.

Наибольшее распространение получил всасывающий рукавный фильтр, который состоит из ряда рукавов, заключенных в герметически закрытый корпус. Подлежащий очистке воздух подается через нижнюю приемную коробку в рукава, заглушенные сверху, проникает сквозь ткань рукавов и удаляется из корпуса через канал. Рукава фильтра очищаются от пыли с по­мощью специального встряхивающего механизма. Недостатком всасываю­щих фильтров является значительный подсос воздуха через неплотности (10-15% от объема поступающего на очистку воздуха).

Разработка и промышленное изготовление дешевых фильтровальных тканей, обладающих высокой эффективностью при достаточной механиче­ской прочности и стойкости в кислых и щелочных средах, открывают пути для более широкого их применения.

Отечественной промышленностью в настоящее время разработаны следующие тканевые фильтры:

а) с импульсной продувкой каждого каркасного рукава (например, ФРКИ). Регенерация осуществляется под действием импульсов сжатого воздуха без отключения секций;

б) с комбинированным устройством регенерации - механическим встряхиванием и обратной посекционной продувкой (ФРУ);

в) с обратной посекционной продувкой (ФР);

г) с регенерацией механическим встряхиванием (ФР-6П). Регенерация рукавов осуществляется вручную или с помощью электромеханического устройства. Пре­имущественное развитие получили фильтры ФРКИ и ФРИ (рис. 4). Ско­рость фильтрования в этих аппаратах на 20-30% выше, чем в фильтрах с механической регенерацией и обратной продувкой. При эффективной регенерации (короткими импульсами длительностью 0,1-0,2 с) общий срок службы рукавов в этих фильтрах более высокий, рукава меньше изнаши­ваются. Гидравлическое сопротивление обычно поддерживается на уровне 1000-1500 Па. Условное обозначение типоразмера фильтра: Ф - фильтр; Р - рукавный; К - каркасный; И - с импульсной продувкой; цифра после буквенных обозначений - активная поверхность фильтрации.

 

Рис. 5.4. Фильтр ФРКИ (ФРИ): 1 - бункер; 2 - корпус; 3 - диффузор-сопло;

4 - крышка; 5 - труба выходная; 6 - секция клапанов; 7 - коллектор сжатого воздуха; 8 - секция рукавов.

 

В процессе фильтрации запыленный газ проходит через ткань закры­тых снизу рукавов внутрь, выходит через верхний коллектор и удаляется из аппарата. Каждый рукав в фильтре натянут на жесткий каркас и закреплен на верхней решетке. В качестве фильтрующего материала используют лав­сан и фетр. В табл. 5.2 приведены основные технические характеристики фильтров рукавных каркасных с импульсной продувкой (ФРКИ).

Таблица 5.2

Технические характеристики рукавных фильтров

 

Показатели	ФРКИ-30	ФРКИ-60	ФРКИ-90	ФРКИ-180	ФРКИ-360
Число рукавов
Высота рукава, м
Число электромагнитных клапанов
Число секций
Наибольший расход сжатого воздуха, м3/ч
Габаритные размеры, мм	1458х2060х3620	2820х2060х3620	4140х2060х3620	5480x2060х4620	5850х4370х4880
Масса, кг

Расчет рукавных тканевых фильтров сводится к определению общей поверхности фильтрации F и числа фильтров или секций. Нормальная на­грузка на 1 м² фильтрующей поверхности для рукавных фильтров состав­ляет 150-200 м³ /ч. Сопротивление фильтров определяют по формуле:

Р_ф=ВQ_Bⁿ (2)

где B – коэффициент, равный 0,13-0,15 (большее значение принимается для более дисперсной пыли);

Q_B – расход воздуха на 1 м² ткани рукавов, м³/ч;

N – принимается равным 1,2-1,3 (меньшее значение принимается для более дисперсной пыли).

При работе в нормальном режиме сопротивление нагнетательных филь­тров составляет до 2 кПа, всасывающих – до 6 кПа. Общую поверхность фильтрации определяют по формуле (м²):

(3)

где F_paб - поверхность фильтрации в одновременно работающих секциях, м² ; F_рег - поверхность фильтрации в регенерируемой секции, м²;

V - объ­емный расход очищаемых газов (воздуха) с учетом подсоса воздуха в фильтр, м³/мин;

V_np - объемный расход продувочного воздуха, м³/мин;

q_ф -удельная газовая нагрузка, м³/(м² мин).

Число необходимых фильтров или секций:

n = F/F₁ (4)

где F₁ - поверхность фильтрации всех рукавов, установленных в одном фильтре или секции, м².

Гидравлическое сопротивление тканевого фильтра ΔР, Па в любой момент времени (t, с) включения фильтра в работу определяют по формуле:

(5)

где µ_r - динамический коэффициент вязкости газа, Па c; ε_n - пористость слоя пыли; d_m - средний размер частиц пыли м; ε_п- пористость ткани; С_вх - начальная запыленность газа, кг/м³; р_п - плотность пыли, кг/м³.

Периоды работы фильтра между регенерацией, встряхиванием или про­дувкой ориентировочно определяют в зависимости от входной запыленно­сти газов:

Входная запыленность, г/м³ 5 10 20

Периоды между регенерацией, мин 10-12 8-9 4-7

 

Конструкция зернистого фильтра, представлена на рис.5.5. Фильтр и имеет корпус 1, фильтрующие элементы 4, бункер 5, систему импульсной регенерации 3. Фильтрующий элемент содержит четыре пары верти­кально размещенных фильтрующих ячеек 2, которые содержат наклонные непроницаемые перегородки, верхние и нижние сетки. Между сетками засыпаются частицы слоем 150 мм размером 3-5 мм дробленого мате­риала из магнезита, доломита, гравия и т.д. Перегородки и сетки обра­зуют каналы треугольного сечения, по которым очищенные газы через отверстия в боковине проходят в короб. В каналах для прохода очищен­ного газа устанавливают перфорированные трубки, служащие для цик­лической подачи сжатого воздуха из коллектора. Фильтрующие ячейки разделены перегородками на три равные части. При импульсной продув­ке нижние ячейки работают в режиме фильтрации, а верхние - в режиме регенерации.

Рис.5.5 Зернистый фильтр: 1 – корпус; 2 – фильтрующая ячейка; 3 – система импульсной регенерации; 4 – фильтрующие элементы; 5 – бункер.

Наряду с очисткой пылегазовых потоков важной задачей является также очистка и обезвреживание дымовых газов от продуктов сгорания топлива и других газообразных вредных веществ.

С этой целью часто применяют метод адсорбции. В сухом способе очистки дымовых газов фильтрация очищаемых выбросов происходит че­рез неподвижный (адсорберы периодического действия) или движущийся слой твердого поглотителя - адсорбента (адсорберы непрерывного дейст­вия). Наиболее распространены адсорберы периодического действия, в которых период контактирования очищаемого газа с адсорбентом череду­ется с периодом его регенерации. Конструктивно адсорберы (рис.5.6) выполняются в виде вертикальных, горизонтальных либо кольцевых емко­стей, заполненных пористым адсорбентом. Выбор конструкции определяет­ся скоростью прохождения газовой смеси, размером частиц адсорбента, требуемой сте­пенью

очистки и рядом других факторов. Вертикальные адсорберы при­меняют при небольших объемах очищаемого газа, а горизонтальные и кольцевые – при производительности в десятки и сотни м³/ч.

 

Рис.5.6. Конструктивные схемы адсорберов:

а - вертикальный; б - горизонтальный; в – кольцевой:

1 - адсорбер; 2 - слой активирован­ного угля; 3 - центральная труба для подачи паровоздушной смеси при адсорбции; 4 - барботёр для подачи острого пара при десорбции; 5 - труба для выхода инертных по отношению к погло­тителю газов при адсорбции;

6 - труба для выхода пара при десорбции.

 

При проектировании или выборе конструкции адсорбера используют следующие исходные данные:

- объемный расход очищаемого газа (м³ /с),

-концентрацию удаляемой примеси (мг/м³),

-давление отходящих газов (Па).

Расчётным путём определяют необходимую массу адсорбента, конструктивные размеры, гидравлическое сопротивление аппарата и время защитного действия адсорбера.