• 5

2.3. ОЧИСТКА ГАЗОВ В ФИЛЬТРАХ

В основе работы пористых фильтров всех видов лежит процесс фильтрации газа через пористую перегородку, в ходе' которого твердые частицы задерживаются, а газ полностью проходит сквозь нее.

Фильтрующие перегородки весьма разнообразны по своей структуре, но в основном они состоят из волокнистых или зер­нистых элементов и условно подразделяются на следующие типы:

гибкие пористые перегородки — тканевые материа­лы из природных, синтетических или минеральных волокон; не-

Рис. 1-9. Динамический пылеуловитель: 1 — «улитка»; 2 — циклим; 3 — ныл соборный бункер

тканые волокнистые материалы (войлоки, клееные и иглопро­бивные материалы, бумага, кар­тон, волокнистые маты); ячеи­стые листы (губчатая резина, пе­нополиуретан,  мембранные фильтры);

полужесткие порис­тые перегородки — слои волокон, стружка, вязаные сетки, расположенные на опорных устройствах или зажатые между ними;

жесткие пористые перегородки — зернистые мате­риалы (пористая керамика или пластмасса, спеченые или спрессованные порошки металлов, пористые стекла, углеграфи- товые материалы и др.); волокнистые материалы (сформиро­ванные слои из стеклянных и металлических волокон); метал­лические сетки и перфорированные листы.

В процессе очистки запыленного газа частицы приближаются к волок­нам или к поверхности зерен материала, сталкиваются с ними и осаждаются главным образом в результате действия сил диффузии, инерции и электроста­тического притяжения.

Проходя через фильтрующую перегородку, поток разделяется на тонкие непрерывно разъединяющиеся и смыкающиеся струйки. Частицы, обладая инерцией, стремятся перемещаться прямолинейно, сталкиваются с волокна­ми, зернами и удерживаются ими. Такой механизм характерен для захвата

Таблица 1.1. Характерные параметры сухих механических пылеуловителей

Очищенный.

 

Тип нылеулонитсли

Максималь­ная произ­водитель­ность, ма/ч

Эффект» [1- иость пыле- улпнлпншши частиц раз­личных раз­меров, %

Гидравличе­ское сопро­тивление, Па

Верхний пре­дел темпера­туры газов,

Осадительпая камера       Vr

Циклон           85 ООО

Вихревой пылеуловитель  30 ООО

Батарейный циклон            170 ООО

Инерционный пылеуло-      127 ООО витель

Динамический пылеуло-     42 500 витель

250—1500 350—550

80—90           50—130 350—550 (50 мкм) 50—80 (10 мкм)

90 (2 мкм)      До 2000 До 250

60 (5 мкм)      750—1500 350-550

90 (2 мкм)      750—1500 До 400

90 (2 мкм)      750—1500 До 400

I',. определяется возможной площадью для размещения.

крупных частиц и проявляется сильнее при увеличении скорости фильтрова­ния, Электростатический механизм захвата пылинок проявляется в том слу­чае, когда волокна несут заряды или поляризованы внешним электрическим полем.

В фильтрах уловленные частицы накапливаются в порах или образуют пылевой слой на поверхности перегородки, и таким образом сами становятся для вновь поступающих частиц частью фильтрующей среды. По мере накоп­ления пыли пористость перегородки уменьшается, а сопротивление возраста­ет. Поэтому возникает необходимость удаления пыли и регенерации фильтра.

В зависимости от назначения и величины входной и выход­ной концентрации фильтры условно разделяют на три класса:

фильтры тонкой очистки (высокоэффективные или абсолютные фильтры) — предназначены для улавливания с очень высокой эффективностью (>99%) в основном субмик- рониых частиц из промышленных газов с низкой входной кон­центрацией (<1 мг/м3) и скоростью фильтрования <10 см/с. Фильтры применяют для улавливания особо токсичных частиц, а также для ультратонкой очистки воздуха при проведении не­которых технологических процессов. Они не подвергаются реге­нерации;

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 нерегенерируе- мые и регенерируемые;

п р о м ы ш ленные фильтр ы (тканевые, зернистые, гру- боволокнистые) применяются для очистки промышленных газов концентрацией до 60 г/м3. Фильтры регенерируются.

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, в 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 в каж­дой из секций производится поочередно.

В тканевых фильтрах применяют фильтрующие материалы двух типов: обычные ткани, изготавливаемые на ткацких стан­ках и войлоки, получаемые путем свойлачивания 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

Рис. МО, Рукавный фильтр:

/ — корпус; 2 — встряхивающее устройство; 3 — рукав; 4 — распределительная решетка

Очищенный, газ

г

 

/ f f f

 

ъ

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 в 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 влагоемкостыо. Шерстяные ткани харак­теризуются большой воздухопроницаемостью, обеспечивают надежную очи­стку и регенерацию, но стойкость к кислым газам, особенно к SOj и туману серной кислоты, низкая. Стоимость их выше, чем хлопчатобумажных, При длительном воздействии высокой температуры волокна становятся хрупкими. Работают при температуре газов до 90 dC.

Синтетические ткан и вытесняют материалы из хлопка и шерсти благо­даря более высокой прочности, стойкости к повышенным температурам и агрессивным воздействиям, более низкой стоимости. Среди них нитроновые ткаии, 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- росиликатного бесщелочного или магнезиального стекла.

Аэродинамические свойства чистых фильтровальных тканей характеризуются воздухопроницаемостью — расходом воздуха при определенном перепаде давления ДРТ, обычно равном 49 Па. Воздухопроницаемость выражается в м3/(м2-мин); чис­ленно она равна скорости фильтрации (в м/мин) при АРТ= = 49 Па. Сопротивление иезапылеиных тканей АРТ при нагруз­ках 0,3—2 м8/(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 называе-

41

мому равновесному пылесодержаишо ткани q (в кг/м2) и оста­точному сопротивлению равновесно запыленной ткани АРр. 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 ДР„ до заданного сопротивления перед регене­рацией ДРтп)

АРгп - ДР|> 4- Рис,  (1.18)

где АР„с — сопротивление слоя пыли, накопленной после регенерации.

Средняя скорость фильтрации vcp (в м/мин) для миогосекционных тка­невых фильтров

- _ АР'™ I |/2/<,ц-С'тф ■ I (АР'„у- __ Uci>~ KncC'HiV '"ДРЧ.7 1 (ЛР\,,)2

где ДРТ„' — заданное сопротивление запыленной ткани перед регенерацией. Па; г* — продолжительность цикла фильтрации и секции, мин; с'--исходная концентрация пыли, г/м3;. /(„с — коэффициент удельного сопротивления пыли, Н-мин/(кГ-м); -скорость фильтрации, м/мнн (Уф определяют при АРТ=49 Па);

Кш = (АР'т — ДР'р)с,           (1.20) .

где — количество пыли, накопленное при увеличении сопротивления от АРР' до АРт„, кг/м2.

Коэффициент Km- 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 Иф = 1 м/мин.

Необходимая площадь ткани в м2 в одной секции

I           Sc=Vr/v,rn,     (Г.21)

•где Уг-—объем фильтруемого газа, м3/мии; п — число секций.

Сопротивление запыленной ткани АР™" с учетом продувочного воздуха в регенерируемой секции определяется по уравнению

ДР"тп ■=■ ДР'тп (УсрЯ + У„1))/УСрЛ,     (1.22)

где у„р — скорость продувочного воздуха через ткань в регенерируемой сек­ции, м/мии.

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

5Ф = 5Р + Sc = (Vi + l/2)/K|, + Se,  (1.23)

где SP — площадь фильтрации в одновременно работающих секциях, м2; 5с — площадь ткани в регенерируемой секции, м»; Vi — расход запыленных газов с учетом подсоса, ма/мии; Vv—расход продувочных газов иди воздуха, м3/мии.

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

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 о ч и с т к и. Исполь­зуются в атомной энергетике, радиоэлектронике, точном прибо­ростроении, промышленной микробиологии, в химико-фармацев- тической и других отраслях. Фильтры позволяют очищать боль­шие объемы газов от твердых частиц всех размеров, включая субмикроиные. Их широко применяют для очистки радиоактив­ных аэрозолей. Для очистки и а 99% (для частиц 0,05—0,5 мкм) применяют материалы в виде тонких листов или объемных слоев из тонких или ультратоиких 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.

В СССР широко распространены фильтрующие материалы типа ФП (фильтры Петрянова) из полимерных смол. Они представляют собой слои синтетических волокон диаметром 1—2,5 мкм, нанесенные и а марлевую под­ложку (основу) из скрепленных между собой более толстых волокон. В ка­честве полимеров для ФП используют перхлорвинил (ФПП) и диацетатцел- люлозу (ФПА), хотя возможно применение других материалов. Перхлорви­нил овые волокна характеризуются гидрофобиостыо 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 и2 на I м3 аппарата. Пылеемкость материалов ФГТ (50—100 г/м2) выше, чем а с б с с т о ц е л л ю л о з н ы х картонов и стекловолокиистых бумаг.

Оптимальная конструкция фильтров тонкой очистки должна отвечать следующим основным требованиям: наибольшая поверхность фильтрации при наименьших габаритах; минимальное сопротивление; возможность более удобной и быстрой установкинадежная герметичность групповой сборки от­дельных фильтров. Этим требованиям соответствуют рамные фильтры (рис. 1-11,а). Фильтрующий материал в виде ленты укладывают между П-образ-

1

а

 

8

i

з:

S

<13

5

с: ti г-)

td <Xl

 

 

 

1

(Ш

J-

ж.

 

ZZH^

л

d

У*-

 

 

"зг

5

 

штатам

шм

шш

•Ъ

У t\,

ti >

CD

 

Рис. Ml. Фильтры тонкой очистки:

а ~ рамный: 1 — П-образиая планка; 2 *— боковая стенка; Я — фильтрующий материал; 4 — разделитель;

б — с сепараторами клиновой формы тина Д-КЛ: / — фильтрующий материал; 2 - рам­ка-сепаратор клиновой формы;

о — комбинированный: / — секция с набивным слоем из волокон; 2 — секции тонкой очистки

44

ными рамками, 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.

Фильтры марки Д-КЛ (рис. 1-11,6) представляют собой набор цельно- штампованных гофрированных рамок-разделителей из вииипластовой пленки, между которыми укладывается фильтрующий материал. Рамки имеют форму клиньев и установлены с чередованием открытых и закрытых сторон в про­тивоположных направлениях.

Разработаны стекловолокпистыс фильтры тонкой и грубой очистки про­изводительностью от 200 до 1500 м-'/ч с сопротивлением от 200 до 1000 Па.

Двухступенчатые или комбинированные фильтры (рис. 1-11,в). В одном корпусе размещают фильтры грубой очистки из набивного слоя лавсановых волокон толщи­ной 100 мм и фильтр тонкой очистки из материала ФП.

Глубокие ф и л ь т р ы. Это фильтры многослойные. Ис­пользуются для очистки вентиляционного воздуха и технологи­ческого газа от радиоактивных частиц. Многослойные фильтры рассчитаны на работу в течение 10—20 лет. После этого их за- хороняют с цементированием.

Зернистые фильтры. Применяются для оч,истки газов реже, чем волокнистые фильтры. Достоинства зернистых фильтров: доступность материала, возможность работать при высоких тем­пературах и в условиях агрессивной среды, выдерживать боль­шие механические нагрузки и перепады давлений, а также рез­кие изменения температуры. Различают насадочиые и жесткие зернистые фильтры.

Н а с а д о ч н ы е (и а с ы п и ы е) ф и л ь т р ы. В таких фильт­рах улавливающие элементы (гранулы, куски и т.д.) не связа­ны друг с другом К ним относятся:,статические (неподвижные) слоевые фильтры; динамические (подвижные) слоевые фильтры с гравитационным перемещением сыпучей среды; псевдоожижсн- иые слои. В насыпных фильтрах в качестве насадки использует­ся песок, галька, шлак, дробленые горные породы, древесные опилки, кокс, крошка резины, пластмассы, графит и др. Выбор материала зависит от требуемой термической и химической стойкости, механической прочности и доступности.

По мере накопления пыли в порах насадки эффективность улавливания возрастает. При увеличении сопротивления до предела производят рыхление слоя. После нескольких циклов рыхления насадку промывают или заменяют.

Фильтры имеют насадку с размером зерен 0,2—2 мм. Воздух направля­ется сверху вниз. При концентрации пыли на входе в фильтр 1—20 мг/м3 расход воздуха составляет 2,6—17,0 ми/(м3-мин); начальное сопротивление от 50 до 200 Па. Высота слоя на сетках находится в пределах от 0,1 до 0,15 м.

Имеются зернистые фильтры, регенерируемые путем воро­шения или вибрационной встряски зернистого слоя внутри ап-

Рис. 1-12. Фильтр с движущимися слоями зернистого материала: / — короб для подачи свежего зерни­стого материала; — питатели; 3 — фильтрующие слои; 4 — затворы; 5 — короб для вывода зернистого мате­риала

парата, а также фильтры с движущейся средой (рис. 1-12). Материал перемеща­ется между сетками или жалюзийными решетками. Регенерацию материала от пыли проводят в отдельном аппара­те— путем грохочения или промывки. Если фильтрующая среда состоит из того же материала, что и пыль, то загрязненные гра­нулы выводят из системы и используют в технологическом процессе.

Зернистые жесткие фильтры. В этих фильтрах зер­на прочно связаны друг с другом в результате спекания, прес­сования или склеивания и образуют прочную неподвижную си­стему. К ним относятся: пористая керамика, пористые металлы, пористые пластмассы. Фильтры устойчивы к высокой темпера­туре, коррозии и механическим нагрузкам и применяются для фильтрования сжатых газов. Недостатки таких фильтров: высо­кая стоимость, большое гидравлическое сопротивление и труд­ности регенерации, которую проводят четырьмя способами: 1) продуванием воздухом в обратном направлении; 2) пропуска­нием жидких растворов в обратном направлении; 3) пропуска­нием горячего пара; 4) простукиванием или вибрацией трубной решетки с элементами.

Авторы: 1379 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 1908 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я