Отходящие газы

 

       воздушные  фильтры - используют в системах  приточной вентиляции и кондиционирования  воздуха. Работают при концентрации пыли менее 50 мг/м3, при высокой скорости фильтрации - до 2,5-3 м/с. Фильтры могут быть нерегенерируемые и регенерируемые;   

 

промышленные фильтры (тканевые, зернистые, грубоволокнистые) применяются для очистки промышленных газов концентрацией до 60 г/м3. Фильтры регенерируются.

 

3.1 Тканевые фильтры

 

 

 Эти фильтры имеют  наибольшее распространение. Возможности  их использования расширяются  в связи с созданием новых  температуростойких и устойчивых  к воздействию агрессивных газов  тканей. Наибольшее распространение имеют рукавные фильтры (рис. 1-10).

 

Корпус фильтра представляет собой металлический шкаф, разделенный  вертикальными перегородками на секции, а каждой из которых размещена  группа фильтрующих рукавов. Верхние  концы рукавов заглушены и подвешены к раме, соединенной с встряхивающим механизмом. Внизу имеется бункер для пыли со шнеком для ее выгрузки. Встряхивание рукавов з каждой из секций производится поочередно.

 

В тканевых фильтрах применяют  фильтрующие материалы двух типов: обычные ткани, изготавливаемые на ткацких станках и войлоки, получаемые путем сволачивания или механического перепутывания волокон иглопробивным методом. В типичных фильтровальных тканях размер сквозных пор между нитями достигает 100—200 мкм.

 

К тканям предъявляются следующие требования: 1) высокая пылеемкость при фильтрации и способность удерживать после регенерации такое количество пыли, которое достаточно

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 - Рукавный фильтр:

 

1 - корпус; 2 - встряхивающее   устройство; 3 - рукав;

 

4 - распределительная решетка.

 

 

К тканям предъявляются  следующие требования:

 

1) высокая пылеемкость  при фильтрации и способность  удерживать после регенерации  такое количество пыли, которое  достаточно для обеспечения высокой  эффективности очистки газов  от тонкодисперсных твердых частиц;

 

2) сохранение оптимально  высокой воздухопроницаемости в  равновесно запыленном состоянии;

 

3) высокая механическая  прочность и стойкость к истиранию  при    многократных изгибах,  стабильность размеров и свойств  при повышенной температуре и агрессивном воздействии химических примесей, находящихся  сухих и насыщенных влагой газах;

 

4) способность к легкому  удалению накопленной пыли;

 

5) низкая стоимость.

 

Существующие материалы  обладают не всеми указанными свойствами и их выбирают" в зависимости от конкретных условий очистки. Например, хлопчатобумажные ткани обладают хорошими фильтрующими свойствами и имеют низкую стоимость, но обладают недостаточной химической и термической стойкостью, высокой горючестью и влагоемкостью. Шерстяные ткани характеризуются большой воздухопроницаемостью, обеспечивают надежную очистку и регенерацию, но стойкость к кислым газам, особенно к SО

 и туману серной  кислоты, низкая. Стоимость их  выше, чем хлопчатобумажных. При  длительном воздействии высокой  температуры волокна становятся хрупкими. Работают при температуре газов до 90 °С.

 

Синтетические ткани  вытесняют материалы из хлопка и  шерсти благодаря более высокой  прочности, стойкости к повышенным температурам и агрессивным воздействиям, более низкой стоимости. Среди них нитроновые ткани, которые используют при температуре 120—130°С в химической промышленности и цветной металлургии. Лавсановые ткани используются для очистки горячих сухих газов в цементной, металлургической и химической промышленности. В кислых средах стойкость их высокая, в щелочных — резко снижается.

 

 

Стеклянные ткани стойки при 150—350°С.

 

Их изготовляют из алюмобо-росилнкатного бесщелочного или магнезиального стекла.

 

Аэродинамические свойства чистых фильтровальных тканей характеризуются  воздухопроницаемостью — расходом воздуха при определенном перепаде давления

, обычно разном 49 Па. Воздухопроницаемость  выражается м3/(м2×мин); численно она  равна скорости фильтрации (в  м/мин) при 

= 49 Па. Сопротивление  незапыленных тканей 

при нагрузках 0,3—2 м3/(м2×мин) обычно составляет 5—40 Па.

 

По мере запыления  аэродинамическое сопротивление ткани  возрастает, а расход газа через  фильтр уменьшается.

 

Ткань регенерируют путем  продувки в обратном направлении, механического  встряхивания или другими методами. После нескольких циклов фильтрации-регенерации остаточное количество пыли в ткани стабилизируется; оно соответствует так называемому равновесному пылесодержанию ткани q (в кг/м2) и остаточному сопротивлению равновесно запыленной ткани

. Значения этих величин зависят от типа фильтрующего материала, размеров и свойств пылевых частиц, относительной влажности газов, метода регенерации и других факторов.

 

В общем случае аэродинамическое сопротивление тканей постоянно  изменяется во времени в некоторых  пределах: от остаточного сопротивления равновесно запыленной ткани

 до заданного сопротивления  перед регенерацией ДРТП;

 

                                                      (4)

 

где

- сопротивление слоя  пыли, накопленной после регенерации.

 

Средняя скорость фильтрации vср (в м/мин) для многосекционных тканевых фильтров

 

     (5)

 

где 

- заданное сопротивление  запыленной ткани перед регенерацией  Па;

 

- продолжительность цикла  фильтрации в секции, мин; 

 

с' -  исходная концентрация пыли, г/м3;

 

Кпс - коэффициент удельного сопротивления пыли, Н×мин/(кг×м);

 

-  скорость фильтрации, м/мин (

 определяют при 

= 49 Па);

 

,                                             (6)

 

 

где

- количество  пыли,  накопленное при  увеличении  сопротивления    от

 

,  

 

Коэффициент Кис характеризует структуру слоя пыли в реальных условиях работы фильтра и представляет собой слой пыли массой 1 кг, накопленный на 1 м2 фильтрующей поверхности и создающий сопротивление 1 Па при скорости фильтрации

= 1 м/мин.

 

Необходимая площадь  ткани в м2 в одной секции

 

                                                     (7)

 

где 

— объем  фильтруемого газа, м3/мин; 

 

п — число секций.

 

Сопротивление запыленной ткани 

 

                                    (8)

 

где 

— скорость продувочного воздуха через ткань в регенерируемой секции, м/мин.

 

Исходя из практических и экономических соображений, сопротивление  фильтров не должно превышать 0,75—1,5 кПа, лишь в особых случаях оно может  быть 2—2,5 кПа. При более высоком  значении сопротивления резко увеличивается величина проскока и возможен срыв рукавов или их разрушение.

 

Для приближенного расчета  площади фильтрации следует определить общий расход запыленных газов (с  учетом подсоса) и расход продувочных

 

газов, поступающих из регенерируемой секции. Надо знать скорость фильтрования. Тогда общая площадь фильтрации установки (в м2) составит

 

                                (9)

 

где SР  - площадь фильтрации в одновременно работающих секциях, м2;

 

 SС  - площадь ткани в регенерируемой секции, м2;

 

  

  - расход запыленных  газов с учетом подсоса, м3/мин; 

 

   

— расход продувочных  газов или воздуха, м3/мин.

 

По данным практики, остаточная концентрация пыли после тканевых фильтров составляет 10—50 мг/м3./2,с.42/

3.2 Волокнистые фильтры

 

 

Фильтрующий элемент этих фильтров состоит из одного или нескольких слоев, в которых однородно распределены волокна. Это фильтры объемного действия, так как они рассчитаны на улавливание и накапливание частиц преимущественно по всей глубине слоя. Сплошной слой пыли образуется только на поверхности наиболее плотных материалов. Для фильтров используют естественные или специально получаемые волокна толщиной от 0,01 до 100 мкм. Толщина фильтрующих сред составляет от десятых долей миллиметра (бумага) до 2 м (многослойные глубокие насадочные фильтры долговременного использования). Такие фильтры используют при концентрации дисперсной твердой фазы 0,5—5 мг/м3 и только некоторые грубоволокнистые фильтры применяют при концентрации 5—50 мг/м3. При таких концентрациях основная доля частиц имеет размеры менее 5—10 мкм.

 

Различают следующие  виды промышленных волокнистых фильтров: 1) сухие - тонковолокнистые, электростатические, глубокие, фильтры предварительной  очистки (предфильтры); 2) мокрые - сеточные, самоочищающиеся, с периодическим или непрерывным орошением.

 

Процесс фильтрации в  волокнистых фильтрах состоит из двух стадий. На первой стадии (стационарная фильтрация) уловленные частицы практически  не изменяют структуры фильтра во времени, на второй стадии процесса (нестационарная фильтрация) в фильтре происходят непрерывные структурные изменения вследствие накопления уловленных частиц в значительных количествах. В соответствии с этим все время изменяются эффективность очистки и сопротивление фильтра. Теория фильтрования в таких фильтрах еще недостаточно разработана.

 

Волокнистые фильтры  тонкой очистки. Используются в атомной  энергетике, радиоэлектронике, точном приборостроении, промышленной микробиологии, в химико-фармацевтической и других отраслях. Фильтры позволяют очищать  большие объемы газов от твердых частиц всех размеров, включая субмикронные. Их широко применяют для очистки радиоактивных аэрозолей. Для очистки на 99% (для частиц 0,05—0,5 мкм) применяют материалы в виде тонких листов или объемных слоев из тонких или ультратонких волокон (диаметр менее 2 мкм). Скорость фильтрации в них составляет 0,01—0.15 м/с,сопротивление чистых фильтров не превышает 200—300 Па, а забитых пылью фильтров 700—1500 Па. Улавливание частиц в фильтрах тонкой очистки происходит за счет броуновской диффузии и эффекта касания.

 

Регенерация отработанных фильтров неэффективна или невозможна. Они предназначены для работы на длительный срок (0,5—3 года). После  этого фильтр заменяют на новый. С  увеличением концентрации пыли на входе >0,5 мг/м3 срок службы значительно сокращается.

 

 Широко распространены  фильтрующие материалы типа ФП (фильтры Петрянова) из полимерных  смол. Они представляют собой  слои синтетических волокон диаметром  1—2,5 мкм, нанесенные на марлевую  подложку (основу) из скрепленных  между собой более толстых волокон. В качестве полимеров для ФП используют перхлорвинил (ФПП) и диацетатцеллюлозу (ФПА), хотя возможно применение других материалов. Перхлорвиниловые волокна характеризуются гидрофобностью и высокой химической стойкостью в кислотах, щелочах и растворах солей. Но они не стойки против масел и растворителей и термостойкость их не велика (до 60 °С). Ацетатные волокна — гидрофильны, недостаточно стойки к кислотам и щелочам, но термостойкость их достигает 150 °С.

 

Материал ФП характеризуется  высокими фильтрующими свойствами. Толщина слоев ФП (0,2—1 мм) дает возможность получить поверхность фильтрации до 100—150 м2 на 1 м3 аппарата. Пылеемкость материалов ФП (50—100 г/м2) выше, чем асбестоцеллюлозных картонов и стекловолокнистых бумаг.

 

Оптимальная конструкция фильтров тонкой очистки должна отвечать следующим основным требованиям: наибольшая поверхность фильтрации при наименьших габаритах; минимальное сопротивление; возможность более удобной и быстрой установки;, надежная герметичность групповой сборки отдельных фильтров. Этим требованиям соответствуют рамные фильтры (рисунок 3). Фильтрующий материал в виде ленты укладывают между П-образными рамками,

 

 

 

Рисунок 3 - Фильтры тонкой очистки:

 

а - рамный:   1 - П-обрэзная   планка;   2 - боковая   стенка;  3 - фильтрующий   материал; 4 - разделитель;

 

б - с сепараторами клиновой формы типа Д-КЛ;   1 - фильтрующий   материал;   2 - рамка-сепаратор  клиновой формы;

 

в - комбинированный:  1 - секция  с набивным слоем из  волокон;

 

2 - секция   тонкой  очистки.

 

 чередующимися при  сборке пакета открытыми и  закрытыми сторонами в противоположных направлениях. Между соседними слоями материала устанавливают гофрированные разделители, чтобы не допустить примыкания их друг к другу. Материал для рамок: фанера, винипласт, алюминий, нержавеющая сталь. Загрязненные газы поступают в одну из открытых сторон фильтра, проходят через материал и выходят с противоположной стороны.