4. Фильтрование аэрозолей

При пропускании запыленных потоков через пористые перего- родки, тканые и нетканые, происходит очистка от содержащихся в них взвешенных частиц.

Применяемые в технике газоочистки фильтровальные перегород- ки могут быть разделены на следующие типы:

• гибкие пористые перегородки - тканевые материалы из природных, синтетических или минеральных волокон, нетканые во- локнистые материалы (войлок, картон), пористые листовые мате- риалы (губчатая резина, пенополеуретан, мембранные фильтры );

• полужесткие пористые перегородки - слои волокон, струж- ка, вязаные сетки, расположенные на опорных устройствах или за- жатые между ними;

• жесткие пористые перегородки - зернистые материалы (по- ристая керамика или пластмасса, спеченные или спрессованные по- рошки металлов), волокнистые материалы (слои из стеклянных или металлических волокон); металлические сетки и перфорированные листы;

• зернистые слои - слои из кокса, гравия, кварцевого песка.

• В зависимости от назначения и величины входной и выход- ной концентрации фильтры можно разделить на следующие классы:

• промышленные (тканевые, зернистые, грубоволокнистые) фильтры для очистки промышленных газов с высокой концентраци- ей дисперсной фазы (до 60 г/м³);

• фильтры для очистки атмосферного воздуха (воздушные фильтры) в системах приточной вентиляции и кондиционирования воздуха. Они рассчитаны на работу при концентрации пыли менее 50 мг/м³ часто при высокой скорости фильтрации (2,5-3 м/с);

• фильтры тонкой очистки (высокоэффективные или абсо- лютные фильтры) предназначены дня улавливания с очень высокой

эффективностью (выше 99 %) в основном субмикронных частиц из промышленных газов и воздуха при низкой входной концентрации (менее 1 мг/м³) и малой скорости фильтрации (менее 10 см/с).

С целью увеличения фильтрующей поверхности в единице объе- ма ПУ ткани обычно придают форму мешков круглого, овального и др. сечения различных размеров. Наиболее распространены ПУ, в которых ткань используется в виде цилиндрических мешков - рукавов. Такие ПУ называют рукавными фильтрами.

Ткани, используемые в качестве фильтровальных перегородок, должны удовлетворять следующим требованиям:

• высокая пылеемкость при фильтрации и способность удер- живать после регенерации такое количество пыли, которое доста- точно для обеспечения высокой эффективности очистки от тонко- дисперсных частиц;

• сохранение оптимально высокой воздухопроницаемости в равновесно запыленном состоянии;

• высокая механическая прочность и стойкость к истиранию при изгибах;

• стабильность размеров и свойств при повышенной темпера- туре и агрессивном воздействии среды;

• способность к легкому удалению накопленной пыли;

• низкая стоимость.

Важную роль играет способ, интенсивность регенерации ткани, их соответствие свойствам ткани, а также свойствам и начальной кон- центрации улавливаемой пыли.

Рукавные фильтры по способу ввода очищаемого воздуха в рукав подразделяют на противоточные - с вводом воздуха снизу через бункер (рис. 3.8) и прямоточные - с вводом воздуха сверху.

Скорость фильтрования газа через фильтровальную перегородку сравнительно невелика - от 0,007 до 0,08 м³/м²с при условии непре- рывной регенерации ткани.

Число рукавов велико и устанавливаются они плотно. Диаметр рукавов 135-350 мм, однако известны конструкции, в которых они дос- тигают 600 мм. Длина рукавов обычно 2400-3500 мм, а в некоторых ПУ превышает 10 м. Максимальное отношение длины рукава к диа- метру равно 50:1.

Регенерация рукавных фильтров осуществляется различными способами: обратной продувкой, механическим встряхиванием, им- пульсной регенерацией, струйной продувкой.

Для улавливания высокодисперсных аэрозолей с эффективностью не менее 99 % по наиболее проникающим частицам (размером 0,05-

0,5 мкм) широко применяются фильтрующие материалы в виде тонких

листов или объемных слоев из тонких или ультратонких волокон (диаметром менее 2 мкм).

Скорость фильтрации в них 0,01-0,15 м/с, сопротив- ление чистых фильтров 200- 300 Па, а забитых пылью 700-

1500 Па.

Регенерация отработан- ных фильтров тонкой очистки как правило нерентабельна или невозможна. После рабо- ты в течение 0,5-3 лет они подлежат замене. Вход-ная концентрация пыли не долж- на превышать 0,5 мг/м³; при увеличении концентрации срок службы фильтров со- кращается. Как правило, пе- ред фильтрами тонкой очист- ки устанавливаются более

Рис. 3.8. Схема рукавного фильтра:

1-корпус; 2-рукава; 3-рама; 4-встряхи- вающий механизм; 5-коллектор очищенного газа; 6,7-клапаны; 8-бункер; 9-шнек

прос-тые по конструкции пы- ле-улавливающие аппараты для снижения концентрации до 0,5 мг/м³.

В качестве тонковолок-

нистых сред широкое распространение получили фильтрующие мате- риалы типа ФП (фильтры Петрянова) из полимерных смол. Они пред- ставляют собой слои синтетических волокон диаметром 1-2,5 мкм, на- несенные в процессе получения на марлевую подложку из скреплен- ных между собой более толстых волокон.

Малая толщина слоев ФП (0,2-1 мм) дает возможность получать поверхность фильтрации до 100-150 м² в расчете на 1 м³ аппарата.

Оптимальной конструкцией фильтров тонкой очистки являются рамочные фильтры. Фильтрующий материал в виде ленты укладывает- ся между П-образными рамками, чередующиеся при сборке пакета от- крытыми и закрытыми сторонами. Загрязненные газы поступают в од- ну из открытых сторон фильтра, проходят через материал и выходят с противоположной стороны (рис.3.9).

Рис.3.9. Рамочный фильтр с тканью ФП

1-трехсторонняя рамка; 2- фильтровальная перегородка (ткань ФП)

Рис.3.10. Фильтр с движущимися слоями зернистого материала

1-короб для подачи свежего зернисто- го материала; 2-питатель;3- фильтрующие слои;4-затворы;5- короб для вывода зернистого мате- риала

При наличии влажных газов или слипающихся пылей использо- вание для очистки газов тканевых фильтров нецелесообразно из-за возможного залипания рукавов.

В таких ситуациях в качестве альтернативного варианта аппара- турного оформления процесса пылегазоочистки можно выбрать зерни- стые фильтры. Оптимальные области применения этих ПУ - высоко- температурная очистка газов без предварительного охлаждения с ути- лизацией тепла и сухая комплексная очистка от пыли и газообразных примесей с насыпным слоем адсорбента или катализатора.

Преимущества таких фильтров состоят в невысокой стоимости и доступности материалов, возможности работы с высокотемпературны- ми и агрессивными средами при значительных механических нагруз- ках и перепадах давления.

Недостатки аппаратов: периодичность действия, громоздкость, небольшая производительность и несовершенство некоторых узлов, например устройств регенерации фильтрующего слоя.

Зернистые фильтры делятся на две группы: насыпные и жесткие пористые. В насыпных (насадочных) фильтрах фильтрующий слой со- стоит из элементов (гранул, кусков), не связанных друг с другом. Это фильтры с неподвижным насыпным зернистым слоем, с подвижным слоем при гравитационном перемещении сыпучей среды (рис.3.10), а также с псевдоожижженным слоем фильтрующего материала.

В жестких пористых фильтрах зерна прочно связаны между собой в результате спекания, прессования или склеивания и образуют проч- ную неподвижную систему. К ним относится пористая керамика, по- ристые металлы, пористые пластмассы. Регенерацию проводят проду- ванием воздуха в обратном направлении, пропусканием жидких рас- творов в обратном направлении, пропусканием горячего пара, просту- киванием или вибрацией трубной решетки с элементами.