Очистка газов фильтрацией

В процессе фильтрации потока газа через пористую перегородку на ней задерживаются частицы, взвешенные в потоке. Структура пористой перегородки может быть весьма разнообразной: тканевые материалы, волокнистые, зернистые, пористая керамика. Осаждение частиц на препятствиях — элементах слоя является результатом суммарного действия на частицу сил инерции, броуновской диффузии, электрических сил и эффекта касания.

В зависимости от размеров частиц, скорости фильтрации, величины и формы элементов фильтра действие одного из перечисленных видов осаждения будет преобладающим. Из опыта следует, что частицы размером от 0,1 до 0,5 мкм обладают наибольшей проникающей способностью, плохо улавливаются фильтрами.

Со временем на поверхности фильтрующего слоя накапливается слой осажденных частиц, роль которого в процессе фильтрации становится основной, эффективность очистки возрастает. Но вместе с тем растет и гидравлическое сопротивление фильтрации газа. При этом в зависимости от типа фильтра он должен подвергаться полной замене или регенерации, т. е. очистке от пыли.

Фильтры можно разделить на три категории!

1) тонкой очистки, которые применяют для улавливания токсичных частиц и ультратонкой очистки воздуха для особо чистых производств. Концентрация пыли на входе не более 1 мг/м3, скорость фильтрации до 10 м/с. Это волокнистые фильтры различных конструкций;

2) для очистки воздуха приточной вентиляции, которые работают с концентрацией пыли на входе до 50 мг/м3 и со скоростью фильтрации до 3 м/с;

3) промышленные фильтры, которые предназначены для технологической и санитарной очистки промышленных газов с начальной запыленностью до 60 г/м3. Это в основном тканевые и зернистые фильтры.

Для очистки воздуха в системах приточной и вытяжной вентиляции применяют грубоволокнистые фильтры из стекловолокна производительностью от 200 до 1500 м3/ч с сопротивлением до 150 Па, а также разнообразные конструкции кассетных и масляных фильтров. Для очистки воздуха перед турбовоздуходувками доменных печей используют масляные самоочищающиеся сеточные фильтры марки КДМ. Подача масла на сетки обеспечивает непрерывную их регенерацию.

Тканевые фильтры — это наиболее распространенные и высокоэффективные пылеуловители. Ткань служит основой для формирования и удержания фильтрующего пылевого слоя. В этом состоит принципиальное отличие процесса фильтрации в тканевых фильтрах от процесса в волокнистых фильтрах. В типичных тканях размер сквозных пор между пересекающимися нитями диаметром 300—700 мкм составляет 100—200 мкм. Эти отверстия перекрываются волокнами ворса, что способствует формированию фильтрующего слоя пыли. Микроструктура его становится очень сложной. В таком слое роль механизма касания в суммарном эффекте существенно возрастает.

Обычно применяют материалы двух типов: ткани, изготавливаемые на ткацких станках, и войлоки. Для целей фильтрации используют хлопчатобумажные, шерстяные, нитроновые, лавсановые ткани и стеклоткани. Для температур 1000 °С и более есть опыт применения металлоткани. Срок службы материалов зависит от температуры газов и свойств пылей и достигает 24 месяцев. Термостойкость стеклоткани не превышает 300 °С, а синтетических 140 °С. Аэродинамические свойства чистых тканей характеризуются скоростью фильтрации или величиной воздухопроницаемости при стандартном перепаде давлений 49 Па. При обычных скоростях фильтрации от 0,3 до 2 м/мин сопротивление применяемых чистых тканей составляет от 5 до 40 Па.

Тканевые фильтры различаются по многим признакам. Основные из них: форма фильтрующего элемента, способ регенерации, вид ткани.

Наиболее распространенной формой фильтрующего элемента цилиндр — рукав. Как правило, фильтр состоит из нескольких камер (до 10), в каждой камере от 10 до 100 рукавов. Отношение диаметра рукава к его длине обычно 1: 20 или 1: 16. Рукава выполняют диаметром 127 или 300 мм. Запыленный поток поступает внутрь рукава. При подаче газа снаружи рукав снабжается каркасом. По мере накопления целевого слоя аэродинамическое сопротивление растёт и достигает такого значения, когда необходима регенерация.

 

 

Рис. 8.4. Схема работы рукавного фильтра:

1 – трубка подачи воздуха для регенерации; 2 – регенерация рукава;

3 – каркас рукава; 4 – бункер пыли;

5 – рабочие рукава

 

Регенерация производится встряхиванием рукава или обратной продувкой воздухом. В большинстве конструкций применяется сочетание обоих способов. Хорошие результаты дает обратная струйная продувка, при которой вдоль рукава вверх и вниз движется полое кольцо. Из радиальных отверстий кольца навстречу фильтрующему газу истекают струи сжатого воздуха, которые выдувают осевшую пыль. Регенерация ведется посекционно. Секция на 20—50 с отключается от газового потока.

Теоретические методы расчета тканевых фильтров еще не доведены до их практического применения и такие параметры работы фильтра, как скорость фильтрации, межрегенерационный период, эффективность очистки и другие определяются опытным путём.

К основным недостаткам тканевых рукавных фильтров следует отнести следующие: большие габариты, обусловленные низкими скоростями фильтрации или газовой нагрузкой на ткань; ограниченная стойкостью ткани температура очищаемых газов. Зернистые и металлокерамические фильтры, состоящие из слоя частиц сферической и другой формы, применяют для очистки газов при высоких температурах и для агрессивных сред. Фильтры могут быть в виде слоя сыпучих зерен, либо в виде спеченной пористой структуры.

Осаждение пыли аналогично процессу в волокнистых фильтрах. В сыпучем слое зерен частицы осаждаются во всем объеме слоя. В фильтрах, состоящих из прессованных металлических порошков, имеет место и образование поверхностного слоя пыли, как в тканевых фильтрах.

Более трудный, чем для тканей, процесс регенерации этих фильтров ограничивает их применение в промышленности при очистке больших объемов газов.