Аппараты тонкой очистки

Фильтры

Контактные фильтры

Фильтры контактного действия - это фильтры, в которых процесс пылеудержания происходит в результате прохода запыленного воздуха последовательно через многочисленные пустоты в пористом слое.

Отделение пылевых частиц от газа происходит:

1) В результате потери кинетической энергии при повороте частиц в извилистом канале и задержании частиц на стенках канала (лабиринтный эффект);

2) В результате столкновения частиц со стенками (ударный эффект);

3) В результате механического заклинивания частиц при фильтрации воздуха чрез каналы малого сечения (ситовый эффект).

Рукавные фильтры

Наибольшее распространение получили рукавные фильтры. Очистка воздуха от пыли происходит в результате фильтрации газа через рукава из тканевых материалов; в зависимости от температуры очищаемого газа для рукавов используется ткань из натуральных волокон: байка, бязь (до 100º С), из синтетических волокон: лавсан, нейтрон (до 120º до 140º С).При очистке высокотемпературных газов (до 250ºС) применяются стеклоткани.Основными рабочими параметрами являются удельная воздушная нагрузка и концентрация пыли на входе в аппарат (расход воздуха на единицу площади поверхности фильтрации). Эти параметры взаимосвязаны, чем больше начальная концентрация, тем меньше удельная воздушная нагрузка.

Характерной особенностью рукавных фильтров является изменение гидравлического сопротивления – происходит постоянный рост его за счет накопления пыли на рукаве, для того, чтобы фильтр не отключился вообще, необходима регенерация рукавов.

Р,

Па

t раб. t, мин

По принципу регенерации рукавные фильтры разделяются на 2 группы:

1. Фильтры с регенерацией рукавов отряхиванием и обратной продувкой:

5 6 7

4

3

2

1

8

где

1 – входной патрубок (грязный воздух);

2 – корпус фильтра;

3 – рукав;

4 – дроссельная заслонка воздушного патрубка обратной продувки;

5 – дроссельная заслонка выходного патрубка;

6 – коллектор очищенного воздуха;

7 – кулачковый механизм встряхивания;

8 – пылевыгрузочное устройство (шнек).

2.Фильтры с импульсной продувкой

В современных рукавных фильтрах (типа ФРНК – фильтр рукавный каркасный НИОГаз), регенерация осуществляется с помощью импульсной продувки сжатым воздухом (аэродинамическое встряхивание).

Схема фильтра типа ФРКН:

3

4 очищенный

2 воздух

1

где

1- рукав;

2- сопло; 5

3- электромагнитные вентили;

4- подача сжатого воздуха;

5- пылевыгрузочное устройство.

При регенерации струя сжатого воздуха, выходящего из сопла создает внутри рукава повышенное давление в результате чего ткань раздувается, деформируя пылевой строй и одновременно продувается обратным потоком.

Расход сжатого воздуха на регенерацию обычно составляет 0,1-0,2% от количества очищаемого воздуха, удельная нагрузка на фильтрованную ткань выше, чем в фильтрах со встряхиванием и обратной продувкой 1,2-2 м³ /(м² мин.).Существенным преимуществом фильтров с импульсной продувкой является интенсивная регенерация, что дает возможность использовать высокоэффективные тяжелые фильтрованные материалы (например, войлок).

Основной недостаток:

1. Большие габариты при малой скорости;

2. Применяется для невысоких температур.

Зернистые фильтры

Принцип работы аналогичен рукавным фильтрам, но вместо материалов используются сыпучие материалы. Фильтры из сыпучих материалов, состоящие из 1, 2, 3 – х слоев гравия, кварцевого песка, керамзита еще редко применяют для обеспылевания газов, однако доступность и малая стоимость насыпных материалов, высокая стойкость в области высоких температур и агрессивных сред принадлежащей эффективности, предопределяет перспективы широкого применения таких аппаратов.

Различают 2 типа фильтров общего материала:

а) С подвижным слоем.

В этих аппаратах частицы сыпучего материала находятся во взвешенном псевдосжиженном состоянии или движутся под действием силы тяжести.

верхний бункер

подвижный слой

сыпучего материала

выход очищенного воздуха

нижний бункер конвейер

После очистки сыпучего материала воздух подается в верхний бункер.

б) С неподвижным слоем.

Фильтр фирмы «Лучи» с регенерацией слоя путем вибрации и обратной продувкой. Состоит из нескольких параллельно расположенных камер, в каждой на пружинах установлены контейнеры с сыпучим слоем (материалом).

3 4

2 5

вход запыленного

воздуха 9 6

где 8

1) входной патрубок;

2) корпус;

3) продувочный патрубок;

4) патрубок очищенного воздуха;

5) контейнер со слоем сыпучего материала;

6) вибратор;

7) пружины;

8) пылевыгрузочное устройство;

9) резиновое уплотнение.

Недостаток зернистых фильтров состоит в сложной регенерации.

Масляные фильтры

Самоочищающийся масляной фильтр состоит из движущейся бесконечной цепи, с закрепленными на ней фильтрующими каплями шторного типа.

приводной барабан

цепь

запыленный

воздух очищенный воздух

панель шторного типа из

металлической сетки

натяжной ролик

Панели (шторы) состоят из 4 слоев металлической сетки с отверстиями 2х2 мм. Эти фильтры применяются в системах приточной вентиляции, т.е. при небольших концентрациях пыли в очищаемом воздухе.

Для притока воздуха в помещении, где изготавливаются полупроводниковые приборы, химофото-материалы требуется высокая (тонкая) очистка воздуха, которая очищается в рулонных фильтрах из бумажных или волокнистых периодах на основе ультратонких, стеклящих, полимерных волокон. Из-за трудностей регенерации после запыления рулоны заменяют. Работают эти фильтры на малых началах концентрации пыли до 0,5-0,8 м/м³.

Электрофильтры

Самые низкие эксплутационные затраты свойственны электрофильтрам. Энергия расходуется избирательно, только на пылевые частицы, а воздух проходит через них с малыми скоростями и поэтому электрофильтры характеризуются малыми гидравлическими сопротивле-

ниями..

Принцип действия электрофильтров основой на ионизации воздуха пропускаемого между электрофильтрами в неоднородной высокой напряженности.

Например, между проводом подсоединенному к отрицательному полюсу и заземленной пластины возникает сильная неоднородность силовых линий у провода.

У, А

участок коронирования

Uзап. U, кв.

участок насыщения

По мере повышения разности потенциалов (U) на электродах миллиамперметр (мА) показывает сначала пропорциональное увеличение тока, затем происходит стабилизация.

Далее начинается быстрый рост силы тока, что соответствует моменту начала интенсивной ионизации газа в межэлектродном пространстве.

Проявляется она внешне в тихом потрескивании и шипении и сопровождается также запахом О₃ и слабым голубовато – фиолетовым освещением провода. Это указывает на возникновение коронного разряда. Напряжение, при котором возникает коронный разряд, называется критическим или напряжением «зажигания» короны.

При этом находящиеся в каждом газе электроны и ионы разгоняются до таких скоростей, что при столкновении с нейтральными молекулами выбивают из них по одному или несколько электронов.

В результате эти молекулы распадаются на положительные ионы и свободные электроны, которые также разгоняются и лавинообразно ионизируют все большее число молекул, создается электронный коронный разряд – так в газах газовые ионы осаждаются на пылевые частицы.

При адсорбции отрицательных зарядов эти частицы движутся криволинейно в направлении положительно заряженной пластины. Скорость дрейфа пылевых частиц к этой пластине составляет:

, м/с (11.1)

где

d – диаметр частиц;

- проводимость материала частиц;

-коэффициент динамической вязкости.

Электроды, вокруг которых возникают разряды, называются коронирующие, а противоположные электроды (в нашем случае заземление пластины) – осадительными.

В качестве коронирующих электродов используется нихромовая проволока d=1,5-2мм или игольчатые коронирующие электроды.

Пылеосадительные камеры относятся к аппаратам грубой очистки. Пылеосадительные камеры работают по принципу осаждение пыли за счет сил тяжести, к медленному движению воздуха в этой камере.

L

вход. гр. воздух Н

патрубок

чистого воздуха

направление пластины

патрубок выпуск.

шнек пыли

Теоретический коэффициент эффективности пылеосадительной камеры равен:

, (11.2)

где

С_ц – количество улавливаемой пыли;

С – общее количество пыли.

Если у нас b – ширина камеры; L – длина камеры, тогда расход воздуха на высоте h₀ равен:

= h₀ b U, (11.3)

расход воздуха во всей камере:

=U b Н, (11.4)

расход пыли на высоте h₀ и Н равен:

_ц= U b h₀ C, (11.5)

где

h₀ – высота критической траектории.

= U b М C, (11.6)

. (11.7)

Из этого видно, что чем меньше высота пылеосадительной камеры, тем выше ее эффективность.

Минимальный диаметр частиц, осевший в камере определяется:

. (11.8)

Для того чтобы в пылеосадительной камере улавливались частицы с более маленьким d, необходимо: увеличить L камеры; уменьшить объем и высоту. Для уменьшения высоты камеры в ней устанавливаются непроницаемые горизонтальные разделительные полки.

В многополочных камерах можно улавливать частицы с d = 15-20 мкм.

Основной недостаток: зарастание пространства между полками из-за сложного удаления осевшей пыли.

Скорость дрейфа частиц при игольчатых электродах существенно увеличивается не только за счет легкого образования короны (большая неоднородность поля острия), но и за счет V_x ветра.

Электрический ветер – направленное движение ионов в сторону осадительного электрода.

1 для игольчатых электродов

97

90 2 для проволочных электродов

И, м/с

1 2

Дрейфу частиц к осадительному электроду препятствуют:

а) Силы сопротивления воздуха;

б) Электрическое поле, создаваемое зарядами, скопившимися в слое пыли на осадительном электроде. Поэтому, для устойчивости работы электрофильтра необходима регенерация осадительных электродов. Осуществляется она ударно – молотковым механизмом, осуществляемая встряхиванием осадительных и коронных электродов.

По форме осадительных электродов электрофильтры делятся на 2 группы:

а) трубчатые.

выход очищенного воздуха

изолятор агрегат питания

(высоковольтный выпрямитель)

коронирующий электрод

трубчатый осадительный электрод

Вход запыл.

воздуха

шнек (узел выгрузки пыли).

б) пластинчатые. Схема пластичного электрического фильтра (унифицированный горизонтальный фильтр).

I II III коронирующий

электрод

вход запыл. выход очищенного

воздуха воздуха

газораспр. решетка механизм встряхивания

осадительный электрод (пластичный)

Электрофильтры с мокрыми осадительными электродами

а) Прямоточный электрод с посадкой пыли на водную поверхность.

запыл. воздух

очищенный воздух

вода

осадительный электрод

в промышленную канализацию

б) Радиальный электрофильтр.

коронирующий электрод выход очищенного воздуха

цилиндрический корпус

вода осадительный электрод

вход

запыленного

воздуха в канализацию

в канализацию

Выводы:

Электрическая очистка газов от пыли имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами:

1. Возможность получения высокой степени очистки (99-99,9 );

2. Необходимое гидравлическое сопротивление – до 150 Па; Скорость воздуха в фильтрах 1-2 м/с;

3. Незначительный расход электроэнергии (до 8,8 кВт/ч на 1000 м³ очищенного газа);

4. Возможность очистки горячих газов;

5. Возможность полной автоматизации очистки.

Недостатки:

1. Высокие капитальные затраты;

2. Большие габариты;

3. Сложность обслуживания (требует высококвалифицированных профессионалов), из-за повышенной опасности (высокое напряжение).

Общие принципы выбора пылеуловителя

Необходимо учитывать:

1. Требуемую степень очистки или ПДК на выбросе;

2. Свойства пыли (дисперсный состав, жироскопичность, склонность к коагуляции, опасность цементироваться, воспламеняться, взрываться). Например: цементную пыль нельзя улавливать в мокрых фильтрах, а взрывоопасную (порошок) нельзя улавливать в электрофильтрах и в рукавных фильтрах;

3. Запыленность очищенного воздуха и пределы ее изменения;

4. Температура и влажность воздуха;

5. Объем очищенного воздуха;

6. Способ удаления уловленной пыли.

При выборе типа пылеуловителей необходимо учитывать основные их показатели:

1. Инерционные пылеуловители улавливают только крупную пыль, поэтому их целесообразно применять в 1 стадии очистки перед электрофильтрами или рукавными фильтрами;

2. Мокрый пылеуловитель эффективно улавливает пыль крупнее 2-5 мкм;

3. Трубами коагуляторами Вентури можно улавливать наиболее тонкую пыль, наиболее эффективны рукавные фильтры, они несколько дешевле электрофильтров по капитальным затратам, но имеют большие эксплутационные затраты из-за гидравлического сопротивления;

4. При выборе пылеуловителя необходимо правильно определить оптимальный режим работы аппарата, т.к. при его перегрузке резко ухудшается эффективность пылезадержания.

Например: в циклонах снижение объемов очищаемого воздуха приводит к резкому падению эффективности из-за снижения закрутки воздуха; в рукавных фильтрах наоборот, снижение эффективности происходит при повышенных воздушных нагрузках из-за проскока защепленных частиц в тканях с увеличением скорости фильтрации воздуха.

При выборе пылеуловителя для очистки больших объемов воздуха необходимо учитывать конкретные условия и возможности предприятия (наличие места для установки пылеуловителя, возможность снабжения водой, осветления и сброс, возможность снабжения электроэнергией).Как правило, выбор типов пылеуловителей большей производительности осуществляется на основании технико-экономических расчетов и сопоставления нескольких вариантов.

Контрольные вопросы к главе 11

1. Как происходит процесс пылеудержания в фильтрах контактного действия?

2. Как происходит очистка воздуха от пыли в рукавных фильтрах?

3. Классификация рукавных фильтров.

4. Как происходит регенерация рукавного фильтра?

5. Достоинства и недостатки рукавных фильтров.

6. Классификация зернистых фильтров.

7. Основные элементы масляных фильтров.

8. Принцип действия электрофильтров.

9. По какому принципу работают пылеосадительные камеры?

10. Классификация электрофильтров.

11. Классификация электрофильтров с мокрыми осадительными электродами.

Пылеочистное оборудование. Классификация пылеочистного оборудования

I. по степени очистки

II. по способу

пылеулавливания

III. по механизму

пылеулавливания

IY.По конструкции:

Температура, ○ С					>5	>5	>5			150-300		50-40	>5	>5	>5
Запыленность, ч/м3	н.о.		н.о.					10-20	10-50	20-100		0,01-0,04
Размер частиц	15-40				-5	-5	-5		0,5					0,5	0,5
Гидравлическое сопротивление, Па	30-50	600-1500	100-600		200-250	200-700	80-650	100-200	200-400	1200-1800		100-200	600-1000	800-1600	600-3500
Эффективность, %	5-20	50-90	40-60		75-80	80-85		90-95	95-99	98-99,9		80-90	90-99	95-98,9	95-99
	1- пылеосадительная камера; 2- циклон; 3- жалюзийные пылеуловители; 4- центробежные (вентиляторы, пылеуловители); 5- полые скрубберы; 6- насадочные скрубберы; 7- центробежные скрубберы; вертикальные однопольные электрофильтры;	8- горизонтальные многопольные электрофильтры;волокнистые (тканевые) электрофильтры; 9- зернистые фильтры; 10- масляные фильтры; 11- ударно-иннерционные фильтры; 12- Скрубберы Вентури; 13- Коагуляционные центробежные (пылеулавливающие) фильтры.