Тканевые фильтры. Материалы, применяющиеся в фильтрах.

Требования к ним. Расчет тканевого фильтра

Классификация промышленных фильтров. В этих фильтрах фильт­ровальный слой выполнен в виде рукавов (тогда фильтры называют рукавными) или с плоской разверткой ткани.

Тканевые рукавные фильтры с высокой эффективностью применяют при очистке технологических и вентиляционных газов промыш­ленных предприятий и гражданских объектов от частиц пыли размером более 0,1 мкм. Рассмотрим принцип действия такого фильтра.

Запыленный газ через входной патрубок поступает в бункер. Входной патрубок обычно располагают в верхней части бункера, но в некоторых случаях газ вводят в фильтр через патрубок, расположенный в его

Рис. 2.5. Фильтры: а - волокнистые; б - тканевые; в - зернистые; г - керамические

боковой части. В бункере газ разворачивается, в результате чего выпадают наиболее крупные частицы пыли, и входит в рукава, насаженные на патрубки, которые установлены на дырчатом листе. Число отверстий с патрубками в листе равно числу рукавов. Верхняя часть рукавов за­глушена, они подвешены к раме, соединенной стержнем с механизмом встряхивания. Запыленный газ проходит через ткань рукавов и оставля­ет на их внутренней поверхности пыль. Очищенный от пыли газ поступает в корпус фильтра, откуда выводится через патрубок чистого газа. Осевшую в рукавах пыль удаляют при помощи механизма встряхивания и одновременно обратной продувкой рукавов. Для этого через патрубок, установленный в верхней части корпуса, подается воздух при помощи вентилятора, встроенного в рукавный фильтр или установленного вне его. Продувочный воздух проходит через ткань рукавов в направлении, обратном движению газа, и ломает корку пыли, осевшую на внутренней поверхности рукавов.

Включение механизма встряхивания и вентилятора обратной продувки осуществляется автоматически по мере достижения заданного гидравлического сопротивления фильтровальных рукавов. В период удаления пыли из рукавов в фильтр или его секцию прекращается подача газа, и фильтр отключается от коллектора чистого газа при помощи дроссель-клапана. При регенерации рукавов разрушается и удаляется из них только часть слоя пыли, в результате чего уменьшается сопротивление оставшегося слоя.

Пыль из рукавов ссыпается в бункер и при помощи шнека выводится через пылевыпускной патрубок, на котором установлен герметический затвор. Обычно фильтры выполняют с двумя и более секциями. Рукава очищают в каждой секции по очереди, в остальных в это время очищают газ.

Входные и выходные патрубки каждой секции соответственно объединяют общими коллекторами запыленного и чистого газов. Продувочный воздух через коллектор запыленного газа поступает на очистку в рабочие секции фильтра. В зависимости от конструкции фильтра количество продувочного воздуха составляет 1,5—1,8 м³/(м² мин), а давление 1275-1470 Па.

Включение механизма встряхивания и вентилятора обратной продувки осуществляется автоматически по мере достижения заданного гидравлического сопротивления фильтровальных рукавов.

Кроме механического вибрационного встряхивания и обратной про­дувки удаление пыли из рукавов осуществляют кручением рукавов, аэро­динамическим встряхиванием и звуковой регенерацией. При аэродинамическом встряхивании очистка рукавов происходит в результате пульсирующей подачи газа или воздуха между рукавами или подачи импульса сжатого воздуха внутрь каждого рукава при избыточном давлении сжатого воздуха 0,4-0,8 МПа и частоте импульсов 0,1-0,2 с. Расход продувочного воздуха составляет 0,1-0,4 % от количе­ства очищаемых газов.

В этом случае отпадает необходимость в механизации операции встряхивания. Однако такой метод не обеспечивает равномерной реге­нерации рукавов в фильтре, так как вблизи сопел рукава очищаются слишком интенсивно, а на некотором расстоянии от них - недостаточно. Этот метод регенерации применяют при очистке газов от крупной пыли.

Фильтровальные ткани выбирают в зависимости от характеристик газа и содержащейся в нем пыли, температуры газов, стойкости против воздействия кислот, щелочей, света влаги, а также структуры пыли.

К тканям предъявляют следующие требования:

— обеспечение высокой пылеемкости при фильтрации;

— способность удерживать на своей поверхности такое количество пыли, которое обеспечивает высокую эффективность очистки газа от мел­кодисперсной пыли;

— высокая механическая прочность при многократных изгибах;

— стойкость к истиранию;

— способность к легкому удалению пыли с поверхности ткани.

Фильтровальные ткани могут быть ткаными и неткаными.

По характеристике поверхности ткани могут быть гладкими и ворси­стыми. К первым относятся хлопчатобумажные ткани, лавсан, стекловолокно; они используются для очистки газа от волокнистой и зернистой пыли.

К ворсистым тканям относятся суконные и шерстяные ткани, нитрон, капрон с шерстью; их применяют для очистки только от зернистой пыли, так как волокнистая пыль сцепляется с ворсом ткани и плохо удаляется при регенерации. Ворсистую ткань располагаю ворсом внутрь рукава в сторону входа запыленного газа.

Хлопчатобумажные ткани и шерсть относятся к природным материалам. Хлопчатобумажные ткани обладают хорошими фильтрующими свойствами; для повышения стойкости к кислотам их подвергают специальной обработке. Но их применяют при температуре газов не выше 85 °С.

Шерстяные ткани также обеспечивают надежную очистку газа и обладают значительно большим сроком службы, чем хлопчатобумажные (9-12 мес.). Температура газового потока - не выше 100 °С.

Ткани из синтетических волокон более стойки к воздействию высоких температур и агрессивных компонентов. Для повышения сопротив­ляемости таких материалов механическим воздействиям и истиранию их подвергают термической обработке. Так, рукава из силиконизированного стекловолокна или из многослойных тканей могут работать при температуре выше 300 °С и обладают повышенной прочностью. Металлоткани обладают хорошей мехнической прочностью, высокой химической стойко­стью и газопроницаемостью, удовлетворительной пылеемкостью в процессе фильтрации при высоких температурах. Для очистки газа, имеющего температуру до 600 °С, применяют фильтровальные ткани из иглопробивных фетров, которые выполнены из металлических волокон. Асбестовые ткани используют для очистки газов при температурах до 500 °С. Если температура газов достигает 900 °С применяют фильтровальные элементы с развернутой поверхностью из керамики.

В тканевых фильтрах из хлопчатобумажных и шерстяных тканей не допускается очистка влажных газов, так как влажная пыль может об­разовывать в порах ткани газонепроницаемую корку. При низких тем­пературах возможна конденсация из газа водяных паров, которые также осаждаются на ткани. Для исключения конденсации необходимо, чтобы температура очищаемых газов была на 15-20 °С больше температуры точки росы. Поэтому при низкой температуре газов их специально подогревают перед вводом в фильтр, а корпус фильтра термоизолируют. При высокой температуре газов их специально охлаждают.

Рукавные фильтры в зависимости от конструкции могут работать под разрежением или под избыточным давлением. В первом случае вентилятор устанавливают за фильтром по ходу движения газа, который просасывается через фильтр. Во втором случае подлежащий очистке газ нагнетают в фильтр вентилятором, стоящим до фильтра. Всасывающие фильтры, работающие под разрежением, должны быть герметичными.

По форме корпуса рукавные фильтры могут быть прямоугольными и реже круглыми или овальными.

Тканевый фильтровальный материал используется также в фильтрах с плоской разверсткой ткани, которую натягивают на проволочный каркас. Фильтрующие элементы в таких фильтрах имеют прямоугольную и реже клиновидную форму, которая обеспечивает большую поверхность фильтрации, чем в рукавных. Однако в них труднее удаляется пыль, сложнее сменяется фильтрующий слой и служит он по времени меньше.

При эксплуатации рукавных фильтров требуется соблюдать пра­вила техники безопасности, которые исключают возможность воспламенения горючей пыли и отравления обслуживающего персонала при очистке токсичных газов.

В необходимых случаях следует применять фильтры и вентиляторы во взрывобезопасном исполнении и осуществлять очистку газов только под разрежением; своевременно удалять пыль из фильтра; устранять источники возникновения искр и статических зарядов; исключать возможность образования взрывоопасных смесей газа и пыли с атмосферным воздухом.

Расчетрукавного фильтра

1. Учитывая допустимую температуру газа для ткани лавсан, равную 130 °С, определяем подсос воздуха с температурой 30 °С, необходимый для охлаждения газа с заданной температурой до t_г = 130 °С. Используем балансовое уравнение:

где , , , - температуры смеси, газа и воздуха, °С; V_0г., - объемы газа и воздуха при нормальных условиях, м /ч; С_см, С_г, С_в - теплоемкости смеси, газа и воздуха, Дж/(м³ К).

Принимаем С_см = С_г = С_в тогда

2. Расход газа, идущего на фильтрование, при нормальных условиях, м³/ч

3. Запыленность газа перед фильтром в рабочих условиях, г/м³,

4. Допустимая удельная газовая нагрузка на фильтр, м³/(м²мин),

где = 1,2 м³/(м²мин) - для черных и цветных металлов; коэффициенты: С₁ = 0,7 - для регенерации с обратной продувкой; С₂ = 1,04 - при начальной рабочей запыленности Z₁ = 7,9 г/м; С₃ = 0,9 - при d_m = 3 мкм; С₄ = 0,725 - при t_r = 130 °С; С₅ = 1 - при остаточной концентрации пыли более 30 мг/м. Скорость фильтрации, м/с,

Wф= q_ф/60.

5. Полное гидравлическое сопротивление фильтра ∆Р, Па, складывается из сопротивления корпуса ∆Р_к и сопротивления фильтровальной перегородки ∆Рф:

∆Р = ∆Р_к + ∆Рф.

Гидравлическое сопротивление корпуса фильтра, Па,

где W_вx - принимаемая скорость газа при входе в фильтр, м/с, равная 10; -задаваемый средний коэффициент сопротивления при W_вx = 5-15 м/с, равный 2; р_г - плотность газа при рабочих условиях, кг/м:

Гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки при заданном ∆Р

6. Продолжительность периода фильтрования между двумя реге­нерациями

Коэффициенты А и В выбираются по нижеприведенным данным в зависимости от среднемедианного размера частиц и вида пыли:

dm, мкм	А, м 1	В, м/кг	Вид пыли
10-20	(1100-1500)106	(6,5-16) 109	Кварцевая Цементная
2,5-3	(2300-2400) 106	80-109	Сталеплавильная
0,5-0,7	(13000-15000) 106	330-109	Кремниевая

Динамический коэффициент вязкости газа при рабочих условиях, Пас,

7. Количество регенераций в течение 1 ч

8. Расход воздуха на регенерацию (скорость обратной продувки равна скорости фильтрования), м³/ч,

9. Необходимая фильтровальная площадь, м²,

10. Тип рукавного фильтра выбирается из справочников.

11. Площадь фильтрования F_p, отключаемая на регенерацию в те­чение 1 ч, м²,

12. Уточненное количество воздуха, расходуемое на обратную продувку в течение 1 ч, м,

13. Окончательная уточненная площадь фильтрования, м²,

14. Продолжительность периода фильтрования должна быть выше суммарного времени регенерации остальных секций, с,

15. Фактическая удельная газовая нагрузка