Козлова С.А. и др. Оборудование для очистки газов промышленных печей

Подождите немного. Документ загружается.

1.3.1. Тканевые фильтры

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 пред-

приятий и гражданских объектов от частиц пыли размером более 0,1 мкм.

Рассмотрим устройство (рис. 1.8) и принцип действия такого фильтра.

Рис. 1.8. Общий вид рукавного фильтра

Запыленный газ через входной патрубок 1 поступает в бункер 2. Вход-

ной патрубок обычно располагают в верхней части бункера, но в некоторых

случаях газ вводят в фильтр через патрубок, расположенный в его боковой

части. В бункере газ разворачивается, в результате чего выпадают наиболее

крупные частицы пыли, и входит в рукава 14, насаженные на патрубки 4,

которые установлены на дырчатом листе 3. Число отверстий с патрубками в

листе равно числу рукавов. Верхняя часть рукавов заглушена, они подвеше-

ны к раме 5, соединенной стержнем 9 с механизмом встряхивания 12. Запы-

ленный газ проходит через ткань рукавов и оставляет на их внутренней по-

верхности пыль. Очищенный от пыли газ поступает в корпус фильтра 7, от-

куда выводится через патрубок чистого газа 10. Осевшую в рукавах пыль

удаляют при помощи механизма встряхивания и одновременно обратной

продувкой рукавов. Для этого через патрубок 13, установленный в верхней

части корпуса, подается воздух при помощи вентилятора, встроенного в ру-

кавный фильтр или установленного вне его. Продувочный воздух проходит

через ткань рукавов в направлении, обратном движению газа, и ломает кор-

ку пыли, осевшую на внутренней поверхности рукавов.

Включение механизма встряхивания и вентилятора обратной продувки

осуществляется автоматически по мере достижения заданного гидравличе-

ского сопротивления фильтровальных рукавов. В период удаления пыли из

рукавов в фильтр или его секцию прекращается подача газа и фильтр от-

ключается от коллектора чистого газа при помощи дроссель-клапана 11.

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 2 и при помощи шнека б выво-

дится через пылевыпускной патрубок, на котором установлен герметиче-

ский затвор 5. Обычно фильтры выполняют с двумя и более секциями. Ру-

кава очищают в каждой секции по очереди, в остальных в это время очи-

щают газ.

Входные и выходные патрубки каждой секции соответственно объеди-

няют общими коллекторами запыленного и чистого газов. Продувочный воз-

дух через коллектор запыленного газа поступает на очистку в рабочие сек-

ции фильтра. В зависимости от конструкции фильтра количество продувоч-

ного воздуха составляет 1,5-1,8 м

/(м

⋅мин), а давление 1275-1470 Па.

Включение механизма встряхивания и вентилятора обратной продувки

осуществляется автоматически по мере достижения заданного гидравличе-

ского сопротивления фильтровальных рукавов.

Кроме механического вибрационного встряхивания и обратной про-

дувки удаление пыли из рукавов осуществляют кручением рукавов, аэроди-

намическим встряхиванием и звуковой регенерацией.

При аэродинамическом встряхивании очистка рукавов происходит в

результате пульсирующей подачи газа или воздуха между рукавами или по-

дачи импульса сжатого воздуха внутрь каждого рукава при избыточном дав-

лении 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 встряхива-

ния.

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 при-

меняют при очистке газов от крупной пыли.

Фильтровальные ткани выбирают в зависимости

от характеристик газа

и содержащейся в нем пыли, температуры газов, стойкости против воздейст-

вия 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 пы-

ли, которое обеспечивает высокую эффективность очистки газа от мелкодис-

персной 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 ворси-

стыми. К первым относятся хлопчатобумажные ткани, лавсан, стекловолок-

но; 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 ре-

генерации. Ворсистую ткань располагаю ворсом внутрь рукава в сторону

входа запыленного газа.

Хлопчатобумажные ткани и шерсть относятся к природным материа-

лам. Хлопчатобумажные ткани обладают хорошими фильтрующими свойст-

вами; для повышения стойкости к кислотам их подвергают специальной об-

работке. Но их применяют при температуре

газов не выше 85

С.

Шерстяные ткани также обеспечивают надежную очистку газа и обла-

дают 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 меха-

нической прочностью, высокой химической стойкостью и газопроницаемо-

стью, удовлетворительной пылеемкостью в процессе фильтрации при высо-

ких температурах. Для очистки газа, имеющего температуру до 600

С, при-

меняют фильтровальные ткани из иглопробивных фетров, которые выполне-

ны из металлических волокон. Асбестовые ткани используют для очистки га-

зов при температурах до 500

С. Если температура газов достигает 900

применяют фильтровальные элементы с развернутой поверхностью из кера-

мики.

В тканевых фильтрах из хлопчатобумажных и шерстяных тканей не

допускается очистка влажных газов, так как влажная пыль может образовы-

вать в порах ткани газонепроницаемую корку. При низких температурах воз-

можна конденсация из газа водяных паров, которые также осаждаются на

ткани. Для

исключения конденсации необходимо, чтобы температура очи-

щаемых 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 фильтра-

ции, чем в рукавных. Однако в них труднее удаляется пыль, сложнее сменя-

ется фильтрующий слой и служит он по времени меньше.

При эксплуатации рукавных фильтрах требуется соблюдать правила

техники

безопасности, которые исключают возможность воспламенения го-

рючей пыли и отравления обслуживающего персонала при очистке токсич-

ных газов.

В необходимых случаях следует применять фильтры и вентиляторы во

взрывобезопасном исполнении и осуществлять очистку газов только под раз-

режением; своевременно удалять пыль из фильтра; устранять источники воз-

никновения искр и статических зарядов; исключать

возможность образова-

ния взрывоопасных смесей газа и пыли с атмосферным воздухом.

Расчет рукавного 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

= 130

С. Используем балан-

совое уравнение:

вв0гг0см00см

TCVtCV)tV(VС

вгвг

где t

см

, t

– температуры смеси, газа и воздуха,

С;

0в

V – объемы газа и

воздуха при нормальных условиях, м

/ч; C

см

, C

– теплоемкости смеси, га-

за и воздуха, Дж/(м

·К).

Принимаем C

см

= C

, тогда

смв

г0см0

tVtV

гг

−

= .

2. Расход газа, идущего на фильтрование, при нормальных условиях,

/ч:

вг

00см

VVV

при рабочих условиях

)Р273(101,3

)101,3t(273V

см0

см

= .

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

см

раб

= .

4. Допустимая удельная газовая нагрузка на фильтр, м

/(м

·мин):

= q

·С

где q

·= 1,2 м

/(м

·мин) – для черных и цветных металлов; коэффициенты: С

= 0,7 – для регенерации с обратной продувкой; С

= 1,04 – при начальной ра-

бочей запыленности Z

= 7,9 г/м

; С

= 0,9 – при d

= 3 мкм; С

= 0,725 – при

= 130

С; С

= 1 – при остаточной концентрации пыли более 30 мг/м

Скорость фильтрации, м/с:

= q

/60.

5. Полное гидравлическое сопротивление фильтра

∆Р, Па, складывается

из сопротивления корпуса

∆Р

и сопротивления фильтровальной перегородки

∆Р

∆Р = ∆Р

+∆Р

Гидравлическое сопротивление корпуса фильтра, Па:

ξρР

вх

гк

Δ = ,

где W

вх

– принимаемая скорость газа при входе в фильтр, м/с, равная 10; ξ –

задаваемый средний коэффициент сопротивления при W

вх

= 5-15 м/с, равный

2; ρ

– плотность газа при рабочих условиях, кг/м

)101,3t(273

)Р273(Р

ρρ

гб

0г

= .

Гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки при за-

данном

∆Р равно:

∆Р

= ∆Р-∆Р

6. Продолжительность периода фильтрования между двумя регенера-

циями:

раб

1ф

гф

ZВW

МW

−

= .

Коэффициенты А и В выбираются по нижеприведенным данным в за-

висимости от среднемедианного размера частиц и вида пыли:

, мкм А, м

-1

В, м/кг Вид пыли

10-20 (1100-1500)·10

(6,5-16)·10

Кварцевая

Цементная

2,5-3 (2300-2400)·10

80·10

Сталеплавильная

0,5-0,7 (13000-15000)·10

330·10

Кремниевая

Динамический коэффициент вязкости газа при рабочих условиях, Па·с:

1,5

273

СТ

С273

μμ

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

7. Количество регенераций в течение 1 ч:

= 3600/(τ

+τ

8. Расход воздуха на регенерацию (скорость обратной продувки равна

скорости фильтрования), м

/ч:

= (V

см

·n

·τ

)/3600.

9. Необходимая фильтровальная площадь, м

= (V

см

)/60q

10. Тип рукавного фильтра выбирается из справочников.

11. Площадь фильтрования F

, отключаемая на регенерацию в течение

1 ч, м

= (N

·F

·n

·τ

)/3600.

12. Уточненное количество воздуха, расходуемое на обратную продув-

ку в течение 1 ч, м

́ = W

·N

·F

·n

·τ

13. Окончательная уточненная площадь фильтрования, м

рсм

60q

F +

= .

14. Продолжительность периода фильтрования должна быть выше

суммарного времени регенерации остальных секций, с:

> (N

- 1)τ

15. Фактическая удельная газовая нагрузка:

сф

фс

см

−

Лекция 7

План лекции

1. Устройство и области применения кассетных и рамочных

фильтров

2. Устройство и области применения рулонных и масляных фильт-

ров

3. Зернистые фильтры. Жесткие пористые фильтры

1.3.2. Кассетные и рамочные фильтры

Кассетные фильтры чаще всего используют для очистки от пыли воз-

духа в системах приточной вентиляции, иногда аспирационного воздуха в

системах вытяжной вентиляции.

Кассетой называют отдельную ячейку, заполненную фильтровальным

материалом. Так как фильтрующая способность одной кассеты невелика, при

необходимости очистки большого количества воздуха их собирают на раме

(рис. 1.9).

Раму можно устанавливать на пути движения воздуха вертикально, на-

клонно или горизонтально. Кассеты по мере запыления вынимают для удале-

ния пыли из фильтровального материала или для

его замены.

Фильтровальный материал выбирают в зависимости от назначения

фильтра, характеристик газа и пыли. Иногда для повышения эффективности

работы фильтровальный материал смачивают маслами или водой.

Рис. 1.9. Установка кассетного

фильтра в раму

В рамочных фильтрах фильтровальный материал размещают между

П-образными рамками (рис. 1.10). Между соседними слоями материала уста-

навливают гофрированные разделители, чтобы не было примыкания мате-

риала друг к другу. Рамки и корпус фильтра могут быть изготовлены из фа-

неры, винипласта, алюминия и нержавеющей стали.

Рис. 1.10. Рамочный фильтр: 1 – П-образная рамка; 2 – боковая стенка;

3 - разделители; 4 – фильтрующий материал

1.3.3. Рулонные фильтры. Самоочищающиеся масляные фильтры

Рулонные фильтры дают возможность упростить обслуживание и экс-

плуатацию устройств по очистке воздуха от пыли.

Рулонный автоматический фильтр (рис. 1.11) представляет собой кор-

пус, в верхней части которого размещена катушка с намотанным на нее чис-

тым фильтровальным материалом, который перемещается через проем для

воздуха со скоростью 50 см/мин и по мере забивания

пылью наматывается на

нижнюю катушку. Запыленный материал не регенерируется, а заменяется

новым. Использованный материал сжигают или захоранивают. В качестве

материала используют стекловолокно или синтетические волокна, рыхлый

картон, фетр.

Гидравлическое сопротивление рулонных фильтров 100-150 Па. Срок

непрерывной службы – до года.

Самоочищающиеся масляные фильтры (рис. 1.12) дают возможность

непрерывно очищать большие массы воздуха в системах приточной вентиля-

ции и кондиционирования при концентрации пыли до 10 мг/м

В конструкции фильтра предусмотрена автоматическая регенерация

фильтрующего слоя, который может быть выполнен в виде шторок или лен-

точной сетки. Воздух, поступающий в фильтр, последовательно проходит че-

рез смоченные в масле сетки, а в ванне с маслом оседает пыль, которую вре-

мя от времени удаляют.

Рис. 1.11. Рулонный фильтр: 1 – ка-

мера для чистого рулона; 2 – мат; 3 – пре-

дохранитель; 4 – блок управления; 5 –

двигатель; 6 – опорная сетка

Рис. 1.12. Фильтр само-

очищающийся масляный

1.3.4. Зернистые фильтры. Жесткие пористые фильтры

В зернистых фильтрах в качестве фильтрующего слоя используют на-

сыпные материалы, в которых отдельные элементы не связаны между собой.

К ним относятся крупнозернистый песок, гравий, шлак, кокс, кусковая рези-

на, пластмасса, керамические кольца и седла и т.д.

Насыпной слой может быть неподвижным, двигаться или находиться в

псевдоожиженном состоянии.

При пропускании

газа через зернистые материалы твердые и жидкие

частицы задерживаются и остаются в фильтрующем слое.

Зернистые фильтры могут применяться при работе в условиях высоких

температур, агрессивной среды и при больших механических нагрузках и пе-

репадах давления. Однако они склонны к забиванию пылью и их регенерация

часто затруднена. Поэтому, если пыль с фильтрующего слоя удалить нельзя,

его полностью заменяют. Так как скорость фильтрации газа через зернистый

материал мала, то такие фильтры требуют больших площадей для их уста-

новки.

На рис. 1.13 представлена схема орошаемого гравийного фильтра, ко-

торый применяют для очистки вентиляционного воздуха от влажной и взры-

воопасной

пыли или паров. Кроме гравия может использоваться кокс, шлак и

другие кусковые материалы размером 20-30 мм при толщине слоя 150-200

мм.

Расход воды для орошения со-

ставляет 0,4-0,75 л/м

, но не менее 1500

л на 1 кг поступающей в фильтр пыли.

Для улавливания капель воды на выхо-

де из фильтра устанавливают сепара-

тор.

В некоторых зернистых фильтрах

регенерация фильтрующего слоя произ-

водится в результате его вибрации и об-

ратной продувки атмосферным возду-

хом.

Существуют конструкции зерни-

стых фильтров с движущимся в верти-

кальном направлении фильтрующим

слоем. В этом случае загрязненный

слой непрерывно выводится и заменя-

ется новым.

Рис. 1.13. Схема орошаемо-

го гравийного фильтра: 1 – труба

для подвода жидкости; 2 – пере-

городка; 3 – оросители; 4 – кор-

пус; 5 – зернистые слои; 6 – канал

для удаления шлама; 7 – сепара

тор

Если при очистке технологических газов в черной металлургии исполь-

зовать в качестве фильтрующего материала чугунную дробь, железорудный

концентрат, дробленую стружку, то фильтрующий слой после запыления

можно не регенерировать, а направлять на переплавку.

Существуют конструкции зернистых магнитных фильтров, в которых

фильтрующий слой состоит из ферромагнитных частиц. Из-за возникновения

магнитного

поля в фильтрующем слое эффективность пылеулавливания уве-

личивается при меньшей толщине слоя по сравнению с обычными зернисты-

ми фильтрами. Кроме того, в магнитном зернистом фильтре можно очищать

газ с температурой ниже той, при которой улавливаемая пыль или частицы

фильтрующего слоя теряют магнитные свойства.

Для очистки газов с высокой температурой широко используются

ке-

рамические, металлокерамические и другие жесткие пористые фильтры. Они

обладают антикоррозионной устойчивостью и выдерживают большие меха-

нические нагрузки. Эти фильтры более эффективны, чем зернистые, ком-