Расчет рукавного фильтра

ВВЕДЕНИЕ

 

Промышленное производство и другие виды хозяйственной деятельности людей сопровождаются выделением в  воздух помещений и атмосферный  воздух различных веществ, загрязняющих воздушную среду. В воздух поступают  аэрозольные частицы (пыль, дым, туман), газы, пары, а также микроорганизмы и радиоактивные вещества.

На современном этапе  для большинства промышленных предприятий  очистка вентиляционных выбросов вредных  веществ является одним из основных мероприятий по защите воздушного бассейна.

Очистка воздуха имеет  важнейшее санитарно-гигиеническое, экологическое и экономическое  значение.

Этап пылеочистки занимает промежуточное место в комплексе  «охрана труда – охрана окружающей среды». Пылеулавливание при правильной организации решает проблему обеспечения  предельно-допустимых концентраций (ПДК) в воздухе рабочей зоны, а этап пылеочистки следует считать  неотъемлемой частью системы борьбы с пылью промышленного предприятия.

Очистка газов от взвешенных частиц может осуществляться в тканевых фильтрах. С целью увеличения фильтрующей  поверхности в единице объема пылеуловителя 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 называются рукавными фильтрами. Рукавные фильтры  по способу ввода очищаемого воздуха  в рукав подразделяются на противоточные  и прямоточные. Прямоточные фильтры распространены менее, чем противоточные.

Рукавные фильтры применяются  для очистки больших объемов  воздуха (газов) со значительной концентрацией  пыли. Фильтрующими элементами в этих аппаратах являются рукава из специальной  фильтровальной ткани.

Рукавные фильтры обеспечивают тонкую очистку воздуха от пылевых  частиц. Рукавные фильтры являются одним из основных видов пылеулавливающего  оборудования и широко применяются  на предприятиях черной и цветной  металлургии, химической промышленности, промышленности строительных материалов, пищевой промышленности, в энергетических установках и др. [1].

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ АППАРАТА

 

1.1 Принцип работы  рукавного фильтра, его особенности

 

Схема рукавного противоточного фильтра приведена на рисунке 1.

 

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

Рисунок 1- Схема рукавного  фильтра с противоточным движением очищаемого газа [2].

В рукавном противоточном  фильтре корпус 1 разделен вертикальными  перегородками 2 из фильтровальной ткани. Верхние концы рукавов закрыты  и подвешены к раме 3, соединенной  со встряхивающим механизмом 4, установленном  на крышке фильтрационной камеры. Нижние концы рукавов закреплены замками  на патрубках распределительной  решетки. На крышке корпуса находится  коллектор очищенного газа 5 и клапаны 6 (для вывода очищенного газа) и 7 (для  подачи воздуха для обратной продувки). На крышке корпуса размещается распределительный  механизм, с помощью которого отдельные  секции фильтра через определенные промежутки времени автоматически  отключаются для очистки ткани  от накопившейся пыли. Бункер 8 для сбора  пыли разделен вертикальными перегородками и снабжен шнеком 9 для выгрузки пыли [2].

При прохождении запыленного  газа через фильтровальную ткань  твердые частицы постепенно осаждаются в порах между волокнами, сцепляются друг с другом и образуют пористую перегородку, обеспечивающую совместно  с тканью хорошую степень очистки  газа.

 

 

При образовании пылевого слоя определенной толщины, когда резко увеличивается гидравлическое сопротивление аппарата (до 500-2000 Па), производят удаление пыли встряхиванием или обратной продувкой рукавов [3]. Регенерация должна быть такой, чтобы дополнительный фильтрующий слой, образованный частицами пыли, не разрушался. Иначе после каждого периода регенерации будет иметь место проскок, и общая остаточная запыленность возрастет. Регенерация может осуществляться обратной продувкой, встряхиванием или же может иметь место импульсная продувка [2].

Рукавные фильтры работают в диапазоне температур, верхний  предел которых определяется температуростойкостью  фильтровального материала, а нижний – точкой росы очищаемого газа. Степень очистки газа в тканевом фильтре не поддается расчету; ориентировочное значение эффективности определяют экспериментально в условиях опытов, аналогичных производственным [3].

Скорость фильтрования газа через фильтровальную перегородку  относительно невелика – от 0,007 до 0,08 м³/м²с при условии непрерывной регенерации ткани.

Число рукавов велико и  устанавливаются они плотно. Диаметр  рукавов 135-350 мм (иногда достигают 600 мм). Длина рукавов обычно 2400-3500 мм. Для  уменьшения износа нижней части рукавов  их диаметр должен быть тем больше, чем они длиннее. Оптимальное  соотношение длины рукава к диаметру равно 50:1 [2].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Определение диаметра частиц пыли

 

Морфология частиц пыли: частицы  неправильной формы с острыми  гранями с включениями волокнистых  частиц. В проходящем свете большинство  частиц серого цвета (d_м = 2,9 мкм). Запыленность газового потока 15,8 г/см³.

Дисперсный состав пыли (исходные данные):

d, мкм	1,0	1,6	2,5	4,0	6,3	10,0
g, %	92	79	58	30	14	4

d-средний диаметр частицы, мкм;

g- содержание частиц диаметром большим, чем d, % (мас.)

Пересчитаем дисперсный состав пыли из интегрального вида в дифференциальный по фракциям:

d ₁ = (1,0 + 0) /2 = 0,50  мкм;   g ₁ = 100 – 92 = 8%;

d ₂ =(1,6 + 1) /2 =  1,30 мкм;   g ₂ = 92 – 79 = 13 %;

d ₃ =(2,5 + 1,6) /2 =  2,05 мкм;   g ₃ = 79 – 58 = 21 %;

d ₄ = (4,0 + 2,5) /2 =3,25 мкм ;  g ₄ = 58 – 30 = 28 %;

d ₅ =(6,3 + 4,0) /2 = 5,15 мкм;   g ₅ =30– 14 = 16 %;

d ₆ =(10 + 6,3) /2 =8,15  мкм;   g ₆ = 14 – 4 = 10 %;

d ₇ =10 мкм;                                  g ₇ = 4%;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 Выбор типа рукавного фильтра. Его описание.

 

В настоящее время наиболее распространенными типами рукавных фильтров являются : ФРКИ, ФРКН, ФРО, ФРОС, ФРКДИ, ФРУ и др.

Индексация фильтров предусматривает  следующие буквенные обозначения: Ф - фильтр; Р - рукавный; О – обратная продувка; К – каркасный; И –  импульсная продувка; ДИ – двухсторонняя  импульсная продувка; У – унифицированный.

Для очистки отработанного  сушильного агента после сушки известняка  мной выбран фильтр типа ФРКДИ. Данные фильтры предназначены для улавливания  нетоксичных и невзрывоопасных  пылей со средним диаметром частиц не менее 2 мкм при температуре  очищаемого газа до 130 ⁰С. Наличие каркаса улучшает условия регенерации за счет ударов ткани о него, а также позволяет использовать нетканые фильтровальные материалы.

Каркасы выполняют из проволоки  диаметром 2-3 мм и защищают антикоррозионным покрытием; при необходимости их изготовляют из коррозионно-стойкой  стали. Рукав крепится к каркасу  при помощи разъемного хомута.

Регенерация рукавов осуществляется при помощи импульсов сжатого  воздуха, подаваемого одновременно снизу и сверху.

Корпус и бункеры фильтров изготовлены из углеродистой стали.

Для нормальных условий эксплуатации необходима установка в отапливаемом помещении [4].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4 Определение площади фильтровальной перегородки

 

Фильтрующая поверхность  аппарата или группы аппаратов (в  м²) определяется из выражения [3]:

+F_p,                                    (2),

где V_n-объем газа, поступающего на очистку, м³/ч;

V_p – объем газа или воздуха, расходуемого на обратную продувку, м³/ч;

q – удельная газовая нагрузка при фильтровании, м³/(м²*мин);

F_p – фильтрующая поверхность, отключаемая на регенерацию в течение 1 ч, м².

Для фильтров с импульсной продувкой, в связи с кратковременностью процесса регенерации, поверхностью фильтра, выключаемого на время регенерации, и объемом газа, расходуемого на обратную продувку можно пренебречь.

Удельная газовая нагрузка на фильтровальную перегородку колеблется для рукавных фильтров от 0,3 до 0,6 м³/(м²*мин). Внутри этого диапазона выбор оптимального значения зависит от многих факторов, к которым относятся свойства улавливаемой пыли, способ регенерации фильтровальных элементов, концентрация пыли в газе, структура фильтровального материала, температура очищаемого газа.

Удельная газовая нагрузка в рукавных фильтрах определяется из выражения:

q=q_н*С₁*С₂*С₃*С₄*С₅                 (3),

где q_н - нормативная удельная нагрузка, зависящая от вида пыли и ее склонности к агломерации;

С₁ – коэффициент, учитывающий особенность регенерации фильтровальных элементов;

С₂ – коэффициент, учитывающий влияние концентрации пыли на удельную газовую нагрузку;

С₃ – коэффициент, учитывающий влияние дисперсного состава пыли в газе;

С₄ – коэффициент, учитывающий влияние температуры газа;

С₅ – коэффициент, учитывающий требования к качеству очистки.

Значение удельной газовой  нагрузки для известняка q_н = 2 м³/(м²*мин); (Приложение В, таблица В1)

Для аппарата с импульсной продувкой коэффициент С₁=1.

С₂ = 1,1(Приложение В, рисунок В1);

 С₃ = 0, 9 (Приложение Г, таблица Г1);

С₄ = 0,75 (Приложение Г, таблица Г2).

Коэффициент, учитывающий  требования к качеству очистки, оценивается  по концентрации пыли в очищенном  газе. Принято считать, что в исправно действующем фильтре концентрация пыли на выходе не должна превышать 30 мг/м³; для этих условий С₅ = 1[4].

 

Тогда по формуле 3 :

q=2*1*1,1*0,9*0,75*1=1,48 м³/(м²*мин)

По формуле 2 рассчитываем поверхность фильтрования:

F_ф =40000/(60*1,48)=987 м² 

По каталогу для приведенных  условий выбираем фильтр ФРКДИ-1100 с  фактической поверхностью фильтрования 1100 м² .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5 Расчет гидравлического сопротивления фильтра

 

При подборе рукавных  фильтров важной является оценка ожидаемого гидравлического сопротивления, определяющего  энергетические затраты на фильтрование. Гидравлическое сопротивление рукавных фильтров складывается из сопротивления  корпуса аппаратов ∆р_к и сопротивления фильтровальной перегородки ∆р_п [4]:

∆р_ф=∆р_к +∆р_п                                                                       (4),

где ∆р_к – сопротивление корпуса аппарата, Па;

∆р_п – сопротивление фильтровальной перегородки, Па.

Гидравлическое сопротивление  корпуса аппарата определяется величиной  местных сопротивлений, возникающих  на входе и выходе из аппарата и  при раздаче потока по фильтровальным элементам.

Гидравлическое сопротивление  фильтровальной перегородки включает потери напора за счет самой перегородки  и за счет осевшей на перегородку  пыли.

Гидравлическое сопротивление  корпуса аппарата ∆р_к определяем, задаваясь коэффициентом гидравлического сопротивления корпуса ξ_к = 2 из выражения:

                            (5),

где ω_вх – скорость газового потока во входном патрубке, м/с;

∆р_{к –} гидравлическое сопротивление корпуса, Па;

ρ_г – плотность газа при данной температуре, кг/м³.

 

ω_вх=V/S_вх                                          (6),

где V- расход запыленного газа м³/ч;