Наиболее распространенным типом тканевого фильтра является рукавный фильтр, схема работы которого дана на рис. 6.2. Главным элементом такого фильтра является рукав, изготовленный из фильтровальной ткани. Корпус фильтра разделен на несколько герметизированных камер, в каждой из которых размещено по нескольку рукавов. Газ, подлежащий очистке, подводится в нижнюю часть каждой камеры и поступает внутрь рукавов. Фильтруясь через ткань, газ проходит в камеру, откуда через открытый выпускной клапан поступает в газопровод чистого газа (рис. 6.2, а). Частицы пыли, содержащиеся в неочищенном газе, оседают на внутренней поверхности рукава, в результате чего сопротивление рукава проходу газа постепенно увеличивается. Когда оно достигнет некоторого предельного (по условиям тяги) значения, фильтр переводится на режим регенерации (рис. 6.2,6), т. е. рукава освобождаются от осевшей на них пыли.
Рис. 6.2. Схема рукавного фильтра с обратной продувкой и встряхиванием: а — режим фильтрования; б— режим регенерации. 1 — входной патрубок; 2— корпус фильтра; 3— рукав; 4— продувочный клапан; 5— выпускной клапан; 6— коллектор очищенного газа; 7 — вал механизма встряхивания; 8— пылевыгрузное устройство
Наиболее часто регенерация осуществляется обратной продувкой. Продувочный воздух от специального вентилятора направляют внутрь камеры через открытый продувочный клапан (выпускной клапан закрыт). Фильтруясь через рукав в обратном направлении, воздух разрушает образовавшийся на внутренней поверхности рукава слой пыли, которая падает в бункер, откуда удаляется при помощи шнека, или другого устройства. Отработавший продувочный воздух через подводящий газ патрубок поступает в газопровод неочищенного газа. В целях повышения эффективности регенерации одновременно с обратной продувкой осуществляется встряхивание рукавов, для этого используется специальный встряхивающий механизм, перемещающий вверх и вниз крышку, к которой крепится рукав.
Камеры фильтра переводят на регенерацию по очереди, и, следовательно, фильтр в составе п—1 камера все время находится в работе.
Движение запыленного газового потока через ткань. При прохождении газа через чистую ткань, т. е. в начальный период работы фильтра, частицы пыли осаждаются на волокнах ткани. Захват частиц волокнами происходит за счет действия описанных ранее механизмов касания, инерции, диффузии, гравитации или электростатического взаимодействия. Далее вследствие того, что плотность упаковки у ткани значительно выше, чем у волокнистых фильтров, на лобовой стороне фильтра начинает формироваться сплошной слой из частиц пыли, которые не могут проникнуть в глубь ткани.
Образующийся вторичный лобовой слой (автослой) начинает сам задерживать поступающие частицы, в результате чего толщина его постепенно возрастает, и он становится главной фильтрующей средой. Поскольку поры, образующиеся между частицами лобового слоя, и сами улавливаемые частицы имеют близкие размеры, значительную роль начинает играть ситовый эффект.
Непроницаемость вторичного пылевого слоя для вновь поступающих частиц всех размеров хорошо объясняет обычно очень высокую степень очистки газов (нередко превышающую 99,9%) в тканевых фильтрах в запыленном состоянии. Снижение эффективности фильтра всегда связано с динамическим пробоем этого слоя и проскоком пыли в местах его разрушения, образования трещин, а также с наличием крупных пор в фильтрующем материале, где слой пыли вообще не может образоваться. Возникновение трещин и разрушение пылевого слоя могут происходить непосредственно в ходе процесса фильтрования в результате пульсаций газового потока и микровибрации промышленной установки. Всякое увеличение внешних сил, действующих на систему, в частности рост перепада давления на фильтре, способствует возникновению динамических пробоев слоя.
Практика показала, что оптимальные значения скорости фильтрования в тканевых фильтрах лежат в пределах 0,5— 1,0 м/мин. При больших скоростях фильтрования эффективность тканевых фильтров снижается вследствие выноса пылевых частиц, а гидравлическое сопротивление становится чрезмерно высоким. При меньших скоростях фильтрования необходимо увеличение поверхности фильтра.
С течением времени гидравлическое сопротивление и эффективность фильтра непрерывно увеличиваются.
В процессе регенерации как гидравлическое сопротивление, так и эффективность фильтра снижаются (рис. 6.3). Поэтому при регенерации следует разрушать и удалять пылевой слой, оставляя проникшую внутрь пыль в порах ткани. Для этого обратную продувку ведут при невысоких скоростях, соизмеримых со скоростями фильтрования.
Рис. 6.3. Кривые изменения степени очистки и гидравлического сопротивления фильтра с регенерацией ткани: tф— время фильтрования; tр — время регенерации.
Фильтровальные материалы. По структуре фильтровальные материалы подразделяют на тканые и нетканые. Тканые материалы представляют собой переплетение нитей диаметром до 300—700 мкм. Продольные нити называют основой, а поперечные утком. Характер переплетения может быть различным. В случае специальной обработки — ворсования на поверхности ткани образуется ворс из спутанных между собойволокон.
К нетканым материалам относятся фильтровальные войлоки и фетры, представляющие собой плотные слои беспорядочно перепутанных волокон, получаемые в основном на специальных иглопробивных машинах. Свойства фетров зависят от свойств волокон, из которых они изготовлены.
В условиях работы фильтров на металлургических предприятиях к тканям предъявляют следующие требования:
1) термостойкость, достаточная для работы в условиях температур отходящих газов металлургических агрегатов;
2) химическая стойкость по отношению к агрессивным компонентам, присутствующим в отходящих газах;
3) механическая прочность по отношению к истиранию и многократным изгибам во время регенерации тканей, а также стабильность размеров при рабочих условиях;
4) высокая пылеемкость при фильтрации и способность удерживать при регенерации часть пыли, что обеспечивает достаточно высокую эффективность после регенерации;
5) сохранение максимальной воздухопроницаемости в запыленном состоянии;
6) минимальное влагопоглощение и способность к легкому удалению накопленной влаги (малая гигроскопичность);
Выбор вида ткани определяется в основном температурой, а также влагосодержанием и агрессивными свойствами газового потока, сроками службы ткани в рабочих условиях и стоимостью ткани.
Наряду с тканями из натуральных волокон (хлопок, лен, шерсть) широко применяют ткани из синтетических волокон — капрон, нитрон, лавсан, а также стеклоткани. Используют и нетканые материалы: фетр и войлок.
Читайте также: Декор в рамке из ткани
Свойства широко применяемых для очистки газов фильтровальных материалов приведены в табл. 6.1.
В настоящее время материалы из натуральных волокон все чаще заменяют синтетическими. Наиболее распространены нитрон и лавсан, обладающие повышенной термостойкостью, достаточной химической стойкостью и механической прочностью наряду с хорошей фильтрующей способностью. Срок службы рукавов из этих тканей 6—12 мес.
Таблица 6.1. Некоторые свойства фильтровальных материалов
| Основное волокно | Термостойкость, о С | Устойчивость к воздействию | Удлинение при разрыве, % | Средний диаметр волокна, мкм | Пористость, % | Горючесть | Влагоемкость, %, при Т=20 о С, φ=65% | |
| кислот | щелочей | |||||||
| Хлопок | 65—80 | ОП | X | 7—8 | Да | 7—8,5 | ||
| Шерсть | 80—100 | У | ОП | 30—40 | Да | 13—15 | ||
| Нитрон | X—У | У | 15—17 | Да | 0,9-2 | |||
| Лавсан | X | У—П | 15—25 | Да | 0,4 | |||
| Оксалон | 220—250 | X | — | — | — | — | Да | — |
| Стекло | 250—300 | X | У—П | 3—4 | Нет | 0,3 | ||
| Примечания. 1. Условные обозначения: ОХ — очень хорошая; X — хорошая; У — удовлетворительная; П — плохая; ОП — очень плохая. 2. В таблице приведены ориентировочные значения, которые могут сильно изменяться при применении комбинированных тканей, например шерсть с капроном и т. п. |
Фильтровальные материалы из стекловолокна характеризуются высокой термостойкостью и достаточной химической стойкостью. Главный недостаток стекловолокон — низкая изгибоустойчивость, вследствие чего рукава быстро выходят из строя. Для улучшения свойств стеклоткани ее обрабатывают кремнийорганическими соединениями. Получены стеклоткани, выдерживающие температуры до 500 °С.
В последнее время начато производство термостойких волокон (оксалан и сульфон) и тканей из них, обладающих той же термостойкостью, что и стеклоткани, но значительно более гибких и эластичных. Испытания этих тканей показали их достаточно хорошие фильтрующие свойства.
Начат выпуск металлотканей и войлоков, выдерживающих температуры до 600 °С и выше. Длительного промышленного опыта работы фильтров из этих материалов в металлургии пока нет.
Способы регенерации фильтров. Наиболее распространенными способами регенерации фильтров являются: 1) обратная продувка с встряхиванием; 2) обратная продувка без встряхивания; 3) импульсная продувка; 4) обратная струйная продувка. Иногда применяют регенерацию кручением рукава и вибровстряхиванием.
Обратную посекционную продувку (см. рис. 6.3) обычно производят воздухом под действием небольшой разности давлений (до 5 кПа) — со средней скоростью проникновения через фильтровальную перегородку 0,6—1,5 м/мин; продолжительность обратной продувки 15—50 с. Для каждого фильтровального материала существует максимальная скорость обратной продувки, дальнейшее увеличение которой не способствует отделению пыли, а лишь вызывает бесполезный рост энергетических затрат. Используя величину пористости ткани εтк, рекомендуется определять скорость обратной продувки по формуле
где k — коэффициент регенерируемости ткани, равный 1,6—2,0.
Для уменьшения деформации рукавов во время обратной продувки их снабжают распорными кольцами. Обратную продувку осуществляют посекционно с отключением регенерируемой секции от потока очищаемого газа, что следует учитывать при выборе необходимой поверхности фильтра. Отключение и повторное включение секции по окончании регенерации производятся автоматически. Обратную продувку с встряхиванием применяют для изгибоустойчивых тканей (лавсана, нитрона), а без встряхивания — для тканей, плохо сопротивляющихся изгибу (стеклоткани, металлоткани).
Импульсную продувку осуществляют струей сжатого воздуха, которая, выходя из сопла в рукав, увлекает за собой очищенный газ и создает внутри рукава волну повышенного давления (рис. 6.4, а). Под действием перепада давления рукава, надетые на проволочные каркасы, раздуваются, деформируя пылевой слой, который отделяется от ткани рукава в виде агломератов. При подаче импульсов длительностью 0,1—0,3 с при избыточном давлении 400—800 кПа расход продувочного воздуха не превышает 0,1—0,2 % от количества очищаемого газа. Управление импульсными электромагнитными клапанами сжатого воздуха автоматизировано. Импульсная регенерация осуществляется при работающем фильтре и не требует его отключения. Она позволяет использовать в фильтрах, кроме тканей, тяжелые нетканые материалы.
Увеличение фильтрующей поверхности аппарата может быть достигнуто применением рукавов большей длины. В этом случае сопла импульсной продувки размещают с двух сторон (сверху и снизу).
Струйную продувку применяют при очистке больших объемных расходов газа малой запыленности (до 0,5 г/м 3 ) с достижением выходной запыленности 2—4 мг/м 3 . Подачу продувочного воздуха осуществляют в плотно охватывающее рукав кольцо, которое медленно движется вдоль рукава вверх и вниз со скоростью 6—15 м/мин (рис. 6.4,6). Продувка производится струей воздуха, вытекающего через кольцеобразную щель шириной 0,2—2 мм со скоростью 10—60 м/с. Все кольца секции объединены в каретку, приводимую в движение от специального механизма. Пыль отделяется от рукава в результате совместного действия струи продувочного воздуха и деформации рукава движущимся кольцом. Интенсивная регенерация позволяет использовать в качестве фильтровального материала тяжелые нетканые материалы, обеспечивающие высокую эффективность улавливания при высоких скоростях фильтрования (2—б м/мин) без исключения секций на регенерацию. Расход продувочного воздуха составляет 1—6 % объема очищаемого газа. Необходимое давление 60—80 кПа. Существуют и некоторые другие способы регенерации, которые в СССР широкого распространения не получили.
Рис. 6.4. Схемы регенерации тканевых фильтров: а — импульсная продувка; б — струйная продувка. 1— электромагнитный клапан; 2 — ввод сжатого воздуха; 3— сопло; 4— струи сжатого воздуха; 5 — блок автоматического управления регенерацией; 6— рукав; 7 — каркас рукава; 8 — бункер; 9— движущееся кольцо.
Расчеты тканевых фильтров. При проведении расчета фильтра определяют необходимую поверхность фильтрования, гидравлическое сопротивление фильтра и продолжительность работы фильтра между двумя регенерациями.
Основной величиной при выборе необходимой поверхности фильтра является газовая нагрузка qф, м 3 /(м 2 ·мин), или эквивалентная ей скорость фильтрования wф, м/мин. С достаточной для практики точностью эта величина может быть определена из выражения
где qн — нормативная удельная нагрузка, зависящая от вида пыли и ее склонности к агломерации, принимаемая равной для возгонов черных и цветных металлов, активированного угля 1,2 м 3 /(м 2 ·мин); кокса, летучей золы, металлопорошков, окислов металлов 1,7 м 3 /(м 2 ·мин); глинозема, цемента, угля, известняка, пыли горных пород 2,0 м 3 /(м 2 ·мин); С1— коэффициент, учитывающий способ регенерации; его принимают для импульсной регенерации тканей равным: 1,0; нетканых материалов — 1,1; при регенерации обратной продувкой с встряхиванием — 0,7—0,85; при регенерации с обратной продувкой без встряхивания — 0,55—0,7;