8.1.2. «Сухие» пористые фильтры

Для очистки запыленных газов все большее распространение получает на последних ступенях сухая очистка рукавными фильт­рами. Степень очистки газов в них при соблюдении правил технической эксплуатации достигает 99,9 %.

Классификация рукавных фильтров возможна:

• по форме фильтровальных элементов (рукавные, плоские, кли­новые и др.) и наличию в них опорных устройств (каркасные, рамные);

• месту расположения вентилятора относительно фильтра (вса­сывающие, работающие под разрежением, и нагнетательные, ра­ботающие под давлением);

• способу регенерации ткани (встряхиваемые, с обратной, с им­пульсной продувкой и др.);

• наличию и форме корпуса для размещения ткани — прямо­угольные, цилиндрические, открытые (бескамерные);

• числу секций в установке (одно- и многокамерные);

• виду используемой ткани (например, стеклотканевые).

В качестве фильтровальных материалов применяют ткани из природных волокон (шерстяные, редко хлопчатобумажные), из синтетических (нитроновые, лавсановые, полипропиленовые и др.), а также стеклоткани. Наиболее распространены лавсан, терилен, дакрон, нитрон, орлон, оксалон, сульфон. Последние два материала представляют полиамидную группу волокон, обладаю­щих термостойкостью при 250 — 280 °С. Для фильтровальных тка­ней наиболее характерно саржевое переплетение. Применяют так­же нетканые материалы — фетры, изготовленные свойлочиванием шерсти и синтетических волокон.

В прил. 8 приведена стоимость некоторых фильтровальных ма­териалов, а в прил. 9 — их термостойкость и стоимость [10].

Рассмотрим подробнее группу материалов из нетканых игло­пробивных фильтровальных полотен, наиболее перспективных в производстве порошковых материалов. Таллинской фирмой «Мистра» предлагаются полотна марок «Фильтра-220», «Фильтра-330», «Фильтра-550» для использования их в аспирационных или вакуумных рукавах и карманных (мешочных) фильтрах очистки газов, пылеулавливания технологических продуктов, а также в системах вентиляции.

Технические показатели нетканых иглопробивных полотен:

Полотно «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 ≥ 1000 400

Удлинение при разрыве, %:

по длине 80 80

по ширине 90 90

Нормированная влажность, % 1 1

Промышленные испытания материала «Фильтра-550» в произ­водстве сепарированного мела показали степень очистки 99,9 % при улавливании пыли, 75 % которой составляет фракция с диа­метром частиц 1 — 5 мкм.

Фильтровальный материал служит не менее года при верхнем пределе рабочих температур 140—150 ^оС. Создано и более термо­стойкое полотно, используемое при температурах до 270 ^оС. В за­висимости от вида ткани допустимая удельная газовая нагрузка составляет 0,6— 1,2 м³/(м² • мин) для хлопчатобумажной или шер­стяной; 0,5—1 — для синтетической; 0,3 — 0,9 м³/(м² • мин) — для стеклоткани.

Нагнетательный рукавный фильтр работает следующим образом. Воздух под давлением поступает в верхнюю распределитель­ную коробку, а оттуда — 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. Недостаток таких фильт­ров — неудовлетворительная очистка фильтрующей ткани, в результате чего значительно возрастает сопротивление фильтра и снижается его КПД.

Наибольшее распространение получил всасывающий рукавный фильтр, рукава которого заключены в герметичный шкаф. Подлежа­щий очистке воздух подается через нижнюю приемную коробку в рукава, заглушенные сверху, проникает сквозь ткань рукавов в шкаф, удаляется из него через канал. Рукава фильтра очищаются от пыли с помощью специального встряхивающего механизма. Недостатком всасывающих фильтров является значительный подсос воздуха (10 - 15 % объема поступающего на очистку) через неплотности.

Разработка и промышленное изготовление дешевых фильтровальных материалов, обладающих высокой эффективностью при достаточной механической прочности и стойкости в кислых и щелочных средах, например, при химическом полировании хрус таля, открывают пути для более широкого их применения. Фильтрующий материал Beckinox (Великобритания) изготавливают как в виде штапеля, так и в виде длинных нитей разного диаметра из нержавеющей стали. Этот материал при скорости фильтрации 180 м³/(м² • ч) имеет сопротивление 1200 Па и ту же эффектив­ность, что и текстильные ткани, высокую абразивную устойчи­вость, температуростойкость (до ~ 500 °С), регенерируется любым известным способом и хорошо фильтрует газы, содержащие SO₂.

Во Франции при очистке отходящих газов с 400 — 500 °С при­меняют рукавные фильтры из металлического фетра, основа ко­торого — металлическая сетка, нарощенная слоем тонкой метал­лической нити. По скорости фильтрации, аэродинамическому со­противлению, количеству потребляемой энергии фильтр иденти­чен рукавному фильтру из полиэфирного волокна.

Для случая, когда высокая фильтрующая способность должна сочетаться с высокой теплостойкостью и стойкостью к агрессив­ной химической среде, фирма Du Pont (США) предлагает три вида материалов (войлок и ткани) для фильтрации сухих частиц: номекс (арамидное волокно), тефлон (фторуглерод) и тефэр (войлок, выполненный из смеси тефлона (85 %) со стекловолокном (15 %). Эти материалы выдерживают рабочую температуру 100 —250 ^оС.

Небольшое количество тонких стеклянных волокон в тефлоне уменьшает его пористость и повышает улавливающую способность. Тефлоновые волокна, стойкие к истиранию, защищают стекловолок­но от механических повреждений. Высокие эксплуатационные харак­теристики тефэра объясняются противоположными трибоэлектрическими свойствами обоих волокон смеси, которые создают электро­статические заряды в ходе работы. Это способствует высокой эффек­тивности улавливания войлоком субмикронных частиц. Однако, по данным фирмы, если фтористоводородная кислота, например, при химическом полировании хрусталя полностью не нейтрализуется, то в дымовых газах рекомендуется использовать 100%-й тефлон.

Отечественной промышленностью выпускаются фильтры ру­кавные: с импульсной продувкой (ФРИ), каркасные импульсные (ФРКИ), заводы-изготовители ОАО «СФ НИИОГАЗ», ЗАО «Кондор-Эко» (см. прил. 10, 11); циклонные РЦИЭ, РЦИРЭ и РЦИЭК, завод-изготовитель ОАО «Дзержинскхиммаш» (см. прил. 12) и дру­гие, например, ФРЦИ-30, ФРИА-900 по спецзаказу.

В справочнике [6] подробно рассмотрены фильтры общепромышленного назначения. Преимущественное развитие получили ФРКИ (рис. 8.4). Скорость фильтрования в них на 20 — 30 % выше, чем в фильтрах с механической регенерацией и обратной продувкой. При эффективной регенерации короткими (0,1—0,2 с) импульсами мень­ше изнашиваются рукава, гидравлическое сопротивление поддерживается на уровне 1,0—1,5 кПа. В условном обозначении типоразмера фильтра число после букв — активная поверхность фильтрации.

Рис. 8.4. Фильтр ФРКИ (ФРИ):

1 — бункер; 2 — корпус; 3 — диффу­зор-сопло; 4— крышка; 5— труба раз­дающая; 6 — секция клапанов; 7 — коллектор сжатого воздуха; 8 — сек­ция рукавов

Фильтры рукавные состоят из корпуса с раздельной рукав­ной плитой, фильтровальных элементов, клапанных секций с раздающими трубами для обес­печения регенерации рукавов импульсами сжатого воздуха. 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 (плите).

Фильтры могут быть с входом газа: центральным; боковым; через бункер; со щелевым и с пирамидальными бункерами.

Окончательную сборку, наладку, испытание, доводку фильт­ров выполняют на месте эксплуатации в составе конкретного про­изводственного объекта.

Ниже представлена в качестве примера схема обозначения фильтра рукавного типа ФРИ:

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 150 — 200 м³/ч. Сопротивление фильтров

где В = 0,13 ÷ 0,15 — коэффициент (большее значение — для более дисперсной пыли); Q_B — расход воздуха на 1 м² ткани рукавов, м³/ч; и = 1,2+1,3 (меньшее значение — для более дисперсной пыли). При работе в нормальном режиме сопротивление нагнетатель­ных фильтров до 200 Па, всасывающих — до 600 Па. Общая поверх­ность фильтрации, м², [3]

где F_раб — поверхность фильтрации в одновременно работающих секциях, м²; F_peг— поверхность фильтрации в регенерируемой секции, м²; V — объемный расход очищаемых газов (воздуха) с учетом подсоса воздуха в фильтр, м³/мин; V_пp — объемный расхож продувочного воздуха, м³/мин; q_ф — удельная газовая нагрузка, м³/(м² • мин).

Число необходимых фильтров или секций

n = F/F₁, (8.4)

где F₁ — поверхность фильтрации всех рукавов в фильтре или сек­ции, м².

Гидравлическое сопротивление тканевого фильтра, Па,

где μ_г — динамический коэффициент вязкости газа, Па • с;

ε_п -пористость слоя пыли; d_m — средний размер частиц пыли, м; ε_т -пористость ткани; С_вх — начальная запыленность газа, кг/м³; ρ_п -плотность пыли, кг/м³, t — время, мин.

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

Входная запыленность, г/м³ ……………… . 5 10 20

Периоды между регенерацией, мин ……..10—12 8 — 9 4 — 7

Иная методика расчета рукавного фильтра предложена в НИИОГАЗ[11].

Зернистый фильтр (рис. 8.5) имеет корпус 7, фильтрующие эле­менты 4, бункер 5, системы импульсной регенерации 3. Фильтрующий элемент содержит четыре пары вертикально размещенных фильтрующих ячеек 2. Ячейка содержит наклонные непроницаемые перегородки, верхние и ниж­ние сетки. Между сетками насы­пают 150-мм слой 3 — 5-мм час­тиц дробленого материала — 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 устанавливают перфорированные трубки для циклической подачи сжатого воз­духа из коллектора. Фильтрующие ячейки разделены перегородка ми на три равные части. При импульсной продувке нижние ячейки работают в режиме фильтрации, верхние — регенерации.

Рис. 8.5. Зернистый фильтр:

1 — корпус; 2 — фильтрующие ячейки; 3 — система импульсной регенерации; 4 — фильтрующие элементы; 5 — бункер

Наряду с очисткой газовых потоков от пыли важной является очистка и обезвреживание дымовых газов от продуктов сгорания топлива, для которых часто применяют метод адсорбции. В сухом способе очистки дымовых газов фильтрация очищаемых выбросов происходит через неподвижный (адсорберы периодического действия) или движущийся слой адсорбента. Наиболее распростра­нены адсорберы периодического действия, в которых период кон­тактирования очищаемого газа с твердым поглотителем чередуется с периодом его регенерации. Адсорберы (рис. 8.6) выполняются в виде вертикальных, горизонтальных либо кольцевых емко­стей, заполненных пористым адсорбентом. Выбор конструкции определяется скоростью 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 десятках и сотнях кубометров газа в час.

При проектировании или выборе конструкции адсорбера учитывают: объемный расход очищаемого газа, м³/с, концентрацию удаляемой примеси, мг/м³, и давление отходящих газов, Па, по которым определяют необходимую массу адсорбента, конструктивные размеры, гидравлическое сопротивление аппарата и время защитного действия адсорбера.

Рис. 8.6. Схемы вертикального (а), горизонтального (б) и кольцевого (в) адсорберов:

1 — корпус; 2 — слой активированного угля; 3 — центральная труба для подачи паровоздушной смеси при адсорбции; 4 — барботер для подачи острого пара при десорбции; 5 и 6 — соответственно трубы для выхода инертных по отношению к поглотителю газов при адсорбции и при десорбции пара