ГАЗ ФИЛЬТРУЮТ ПОРИСТЫЕ ПЕРЕГОРОДКИ

Экологическая проблема и экотехническое оборудование | От осадительной камеры до первых электрофильтров
Научные разработки и промышленные внедрения | От типоразмерного ряда к эксклюзивной конструкции
Контроль и расчет, монтаж и ремонт, услуги и поставки

4. ГАЗ ФИЛЬТРУЮТ ПОРИСТЫЕ ПЕРЕГОРОДКИ

Первый рукавный фильтр

Очистка запыленного воздуха через пористые перегородки является одним из самых старых и надежных способов очистки промышленных выбросов. В этих аппаратах ф ильтрация взвешенных в газовом потоке твердых или жидких частиц осуществляется за счет броуновской диффузии, эффекта касания или зацепления, а также инерционных, электростатических, гравитационных сил. Промышленные фильтры по виду фильтрующего материала делятся на следующие группы:

– Волокнистые фильтры – фильтры объемного действия, состоят из нескольких слоев фильтрующего материала различной толщины.

– Мокрые волокнистые фильтры-туманоуловители – принцип их действия основан на захвате жидких частиц тумана волокнистым слоем.

– Зернистые фильтры – фильтрующие слои состоят из зерен сферической или другой формы. Одна из разновидностей зернистых фильтров – гравийные фильтры, предназначенные для очистки газов от пыли механического происхождения.

– Воздушные фильтры – служат для обеспыливания воздуха, используемого для вентиляции, кондиционирования, воздушного отопления и охлаждения, для подачи воздуха на технологические нужды. В качестве фильтрующего материала используются кассетные сеточные фильтры, кассетные фильтры из стеклянных и синтетических волокон и т.п. В самоочищающихся масленых фильтрах фильтрующий материал проходит через масленую ванну, в которой пыль оседает в виде шлама.

Бегхауз

– Рукавные фильтры – наиболее распространенные среди тканевых фильтров. Состоят из корпуса, внутри которого помещены рукава из шерстяной, хлопчатобумажной, полимерной или стеклянной ткани. Загрязненный газ или воздух проходит через рукава, которые периодически регенерируются от задержанной пыли. Тканевые фильтры классифицируются по размерам фильтровальных рукавов, конфигурации фильтрующих элементов, типу применяемых фильтровальных материалов, способу регенерации ткани: встряхивание, обратная продувка, вибровстряхивание, импульсная продувка и др.

Самые простейшие рукавные фильтры представляли собой набор мешков, перевязанных в нижней части и подвешенных в бескорпусном пространстве. Такие фильтры явились прообразом рукавных фильтров и назывались «мешочные фильтры». Обычно мешочные фильтры применялись для улавливания опилок. Впоследствии мешки стали размещать в деревянных ящиках, а для их встряхивания использовалось механизированное встряхивающее устройство, которое дергало мешки, сбрасывая твердые частицы в установленные в нижней части пылесборники. Мешочные фильтры были малопроизводительны. Деревянные корпуса быстро рассыхались, создавая подсосы воздуха. Фильтры с мешками, размещенными в деревянном корпусе, использовались также на мукомольных мельницах.

ФКИ

Заводом БЭТ в 1886 г. (по некоторым сведениям в 1882 г.) был получен патент на рукавный фильтр с механическим отряхиванием рукавов, предназначенный в основном для мукомольных мельниц. Большие фильтры назывались бегхаузами. В малых фильтрах рукава помещались в железные корпуса, и одновременно с механическим отряхиванием стала применяться продувка рукавов воздухом. По имени фирмы-патентодержателя такие аппараты назывались фильтрами БЭТ. Впоследствии фильтры БЭТ стали выпускаться многосекционными, что позволяло осуществлять процесс фильтрации непрерывно, отключая на время регенерации последовательно отдельные секции.

Возможно, сравнение тканевых фильтров с пылесосами кому-то может показаться некорректным, однако принцип действия у них одинаков, поэтому будет уместно вспомнить историю создания пылесоса.

ФРОТ

Еще в 1860 г. американец Даниэль Хесс получил патент на устройство, которое помимо вращающихся щеток было оборудовано мехами для создания воздушного потока. В качестве пылесборника использовались две водяные камеры, ставшие в дальнейшем прообразом водяных фильтров, которыми снабжены некоторые современные пылесосы.

Прошло еще около 10 лет, когда проживавший в Чикаго Ив Маккафи представил пылесос, напоминающий современный пылесос «башенного» типа, вентилятор которого приводился в действие вручную. Попытки изобретателя приспособить электромотор окончились неудачей.

В 1901 г. английский инженер Хьюберт Бут изобрел пылесос, работающий на бензине, с насосом мощностью в пять лошадиных сил. Конечно, в домашних условиях использовать его было невозможно, поэтому предназначенные для чистки ковры выносили на улицу. «Фырчащий Билли» – так окрестили пылесос острословы – появился и в России, однако в Англии было запрещено его использовать, поскольку грохота этого устройства боялись даже лошади.

Рукавный фильтр
с встряхиванием и
обратной продувкой

Первый доступный пылесос, состоявший из небольшого устройства с длинной ручкой, электромотора и пылесборника, был создан американцем Мюрреем Спенглером в 1907 г. Хозяин кожевенной фабрики, на которой работал изобретатель, выкупил у него патент и переоборудовал свою фабрику в первое предприятие по производству пылесосов. В дальнейшем в их совершенствовании участвовали такие знаменитые фирмы, как Siemens и Elektrolux .

О прямом «родстве» пылесосов и тканевых фильтров говорит хотя бы тот факт, что когда в Советском Союзе возникла необходимость создать отечественный промышленный пылесос, то задание на его конструирование было поручено Семибратовскому филиалу НИИОГАЗ, с которым он успешно справился.

В книге В.Н.Ужова и Б.И.Мягкова «Очистка промышленных газов фильтрами» приводится следующая информация об истории тканевых фильтров:

«Первые промышленные тканевые фильтры для улавливания возгонов свинца представляли собой цилиндрические мешки длиной 7–9 м и диаметром 450 мм. Через патрубки в перегородке запыленные газы входили внутрь рукавов и поднимались вверх.

Рукава размещались рядами в кирпичном корпусе и работали под избыточным давлением и при небольшой скорости (0,15–0,25 м/мин). При снижении расхода газа вследствие возрастания сопротивления подача его прекращалась, и забитые пылью рукава встряхивались вручную ударами по мешкам или по штангам, к которым навешивались рукава закрытыми верхними концами.

Описанные фильтры, называемые бегхаузами, с некоторой механизацией процесса встряхивания иногда еще применяются при небольшой запыленности и расходе газов, например, для улавливания свинцовой пыли с низкой концентрацией или опилок.

Дальнейшее усовершенствование бегхаузов заключалось в механизации процесса встряхивания верхней подвески рукавов и разработке двухкамерной конструкции малых габаритов (фильтры БЭТ). Встряхивание более узких рукавов производилось периодически путем натяжения и ослабления рукавов; одновременно с встряхиванием проводилась обратная продувка ткани воздухом».

В СССР работы по исследованию и разработке новых аппаратов фильтрации начали проводиться в 60-х годах ХХ в. в связи с острой необходимостью оснащения химических, металлургических, цементных и других производств высокоэффективными средствами газоочистки. Для пошива рукавов первоначально применялась фильтровальная ткань под названием «сукно БЭТ» (по номенклатуре фабрики «Красный ткач» в Ленинграде). Эта ткань иногда также называлась «шерстянка мельстроя».

КФ

В книге «Экотехника», изданной холдингом «Кондор Эко – СФ НИИОГАЗ» в 2004 г., раздел «Аппараты фильтрации» написан кандидатом технических наук И.К.Горячевым – одним из ведущих отечественных специалистов в этой области газоочистки. Среди многочисленных вопросов, касающихся теории и практики фильтрации пыли через пористые перегородки, рассматривается классификация аппаратов фильтрации по способу регенерации фильтровального материала.

Самым распространенным способом регенерации фильтровальных материалов является его механическое встряхивание, основанное на сотрясении рукавов в вертикальном или горизонтальном направлениях. Преимуществом этого способа является стабильность удаления пыли. Однако у этого способа есть и существенные недостатки. В частности – сложность встряхивающего механизма, нарушение в отдельных местах целостности рукавов, их усадка и вытяжка, а также необходимость отключения при регенерации всего фильтра или его отдельных секций.

Также для регенерации рукавных фильтров используется перекручивание рукавов вокруг оси, в результате которого пылевой слой сваливается с рукава и удаляется с помощью продувки воздухом в обратном направлении.

Вибрационное отряхивание применяется в основном для фильтров, имеющих металлический каркас с натянутым фильтровальным материалом. Каркасы прикреплены к подвижной плите, связанной через тягу с вибрационным механизмов. Вибрационная система отряхивания применяется в фильтрах с различной компоновкой фильтровального материала в рабочей камере, однако необходимым условием применения является наличие каркаса, воспринимающего колебания от вибратора и передающего их фильтровальному материалу.

ФРКИ

Регенерация фильтровального материала способом обратной продувки очищенным газом применяется в сочетании с другими способами регенерации: механическим встряхиванием, перекручиванием, вибрацией, покачиванием рукавов и др. Такие фильтры довольно эффективны, удобны в эксплуатации и обслуживании.

В фильтрах со струйной продувкой пыль сдувается с рукава струей воздуха, выходящей из щели кольца, которое двигается вдоль рукава, очищая его по всей длине. Кольца закреплены на общей раме.

Наиболее распространенным способов регенерации фильтровального материала является импульсная продувка. В конструкциях фильтров с импульсной продувкой нет встряхивающих механизмов, дросселей и обдувочных вентиляторов.

Регенерация фильтровального материала пульсирующим потоком создается вращающимся клапаном (дроссельной заслонкой). Под действием пульсаций рукава попеременно то сжимаются, то расправляются, разрушая осевший на ткани пылевой слой.

Регенерация путем резкого сбрасывания давления внутри фильтровального рукава осуществляется за счет сталкивания рукавов между собой, в результате чего происходит частичная поверхностная регенерация фильтровального материал.

ФРО

Способ регенерации взрывной волной основан на создании мгновенного перепада давления на фильтре в результате взрыва специального пиропатрона. Такой способ эффективно регенерирует фильтровальный материал, однако, имеет ограниченную область применения, неэкономичен и дорог.

Способ промывки фильтровальной ткани горячей водой используется, в основном, при наличии в уловленной пыли замасливающих веществ. Иногда в воду добавляют моющие средства.

Для регенерации фильтровальной ткани наряду с обратной продувкой и механическим встряхиванием применяется звуковая очистка – вибрация рукавов осуществляется с помощью звукового генератора, работающего на низких частотах.

При регенерации фильтровального материала с использованием центробежных сил пыль удаляется с поверхности вращающихся фильтроэлементов в процессе непрерывной фильтрации газа. Такие фильтры обычно имеют каркасную конструкцию тарельчатой формы, в виде цилиндра или звездочки.

ФР

Регенерация фильтровальных рукавов способом покачивания самостоятельно применяется редко. Производится или перемещением верхней подвески, или горизонтальным перемещением средней части рукава надетым на него кольцом.

Не менее разнообразна классификация аппаратов фильтрации по способу компоновки фильтровального материала.

Одним из недостатков рукавных фильтров с цилиндрической формой размещения фильтровального материала является их сравнительно небольшая поверхность фильтрации. В связи с этим разрабатывались и продолжают разрабатываться компоновки, исключающие этот недостаток.

Фильтр стеклотканевый ФС

Фильтр карманного типа представляет собой проволочный каркас (карман) прямоугольной формы, на который натягивается фильтровальный материал. Запыленный воздух подается снаружи кармана, фильтруется тканью и очищенный проходит внутрь, в пространство, образованное проволочным каркасом. Периодически подача воздуха в карманы прекращается и пыль удаляется. Осуществляется это вибратором и обратной продувкой чистым воздухом.

Существуют различные конструктивные оформления карманных фильтров, в том числе с зигзагообразным расположением фильтрующего материала. Обычно такие фильтры работают без регенерации фильтрующего материала. После забивания его меняют на новый. Фильтры данной конструкции в основном используются для тонкой очистки с малой входной запыленностью газа. В качестве фильтрующего материала в них часто применяется картон или бумага. Фильтр используется либо в виде отдельной ячейки, либо в составе панели. В последнем случае несколько ячеек закрепляют на общей раме. Несмотря на малые габариты, такие фильтры по сравнению с другими значительно дороже. Они способны работать при повышенной влажности очищаемого газа. Отсутствие регенерирующего устройства обычно приводит к быстрому забиванию фильтровального материала и к необходимости частой его замены.

Фильтром с зигзагообразным расположением фильтровального материала является шпагатный фильтр, в котором фильтрующий слой образован из укрепленных на раме пучков ворсистого шпагата. Частицы пыли оседают на ворсинках шпагата, образуя слой, уменьшающий просветы и увеличивающий эффект пылезадержания. Регенерация фильтровального материала производится механическими ударами по раме. В основном зигзагообразные шпагатные фильтры применяются для улавливания волокнистой пыли.

В фильтрах с расположением фильтровального материала в виде цилиндрической «гармошки» спиральной и ромбовидной форм запыленный воздух подается внутрь элемента. Рукав периодически выдается на поверхность, и пыль, осажденная на фильтровальном материале, собирается пылесосом.

Фильтрующий элемент
"звездочка"

Фильтроэлемент спиральной формы – это натянутый на пружину рукав, обвязанный по спирали эластичным шнуром, который образует с внешней стороны фильтрующей поверхности желоб диаметром меньше диаметра пружины. Регенерация производится движущимися по наружной поверхности рукава щетками или другим способом.

Фильтроэлемент ромбовидной формы в нижней части снабжен рукавом для удаления уловленной пыли в пылесборную воронку.

В «тарельчатых» фильтрах секция набирается из отдельных самостоятельных дисковых элементов, которые последовательно одеваются на воздухо-тборную трубу с отверстиями. Регенерация осуществляется с использованием центробежных сил. При выходе из строя отдельных тарелок фильтр быстро восстанавливается путем замены тарелок на новые. Недостаток «тарельчатых» фильтров – наличие вращающихся узлов, снижающих надежность аппарата.

В фильтрах, в которых использована компоновка фильтровального материала типа «звездочка», в центре цилиндрического корпуса расположена труба с отверстиями для выхода очищенного газа. Регенерация фильтроэлемента осуществляется путем вращения звездчатой конструкции или вибрацией каркаса. В качестве фильтровального материала используется стеклоткань.

Компоновка фильтровального материала «конус в конусе» позволяет разместить в рабочей камере фильтра значительное количество фильтровальной ткани. Фильтроэлемент в виде концентрически расположенных конусов сшивается в виде сильно вытянутого конуса, к которому пристрочены кольцевые петли с заложенными в них металлическими кольцами. Собранный таким образом фильтроэлемент складывается по местам прикрепленных колец и растягивается между крестовинами.

В панельных фильтрах с фильтровальной поверхностью в виде ленты она по мере загрязнения автоматически перематывается с одного барабана на другой. Применяются такие фильтры в основном для очистки вентиляционного воздуха в производственных помещениях. По мере загрязнения фильтровальная лента заменяется на новую или продувается в обратном направлении воздухом в специальных камерах.

Тканевый фильтр с клиновой раскладкой ткани по компактности размещения фильтровальной ткани в полтора раза экономичнее рукавного фильтра. Применялся на асбестовых заводах для улавливания волокнистой пыли после кардочесных машин.

Фильтр каркасный
стеклотканевый ФКС

Ячейковая (сотовая) компоновка является одной из самых компактных разверток фильтровального материала в рабочей камере фильтра. Фильтровальный элемент сотового фильтра состоит из ячеек для запыленного и очищенного газа. Ячейки для запыленного и чистого газа расположены в шахматном порядке и сообщаются между собой только через фильтровальный материал. По компактности размещения фильтровального материала сотовая структура во много раз превышает все существующие способы. В идеале в одном кубическом метре объема рабочей камеры таким способов можно разместить до 70 м² фильтровального материала. Для сравнения: в 1 м³ объема рабочей камеры с рукавной цилиндрической компоновкой размещается 4–10 м² фильтровальной поверхности.

В СССР рукавные фильтры изготовлялись в г. Горький на заводе им. Воробьева НКМ Главпродмаша, на заводе им. Шевченко (г. Харьков), на Щебекинском машиностроительной заводе, на Кемеровском заводе химического машиностроения и ряде других предприятий страны.

В 60-х годах ХХ в. в связи с острой необходимостью оснащения вновь строящихся и реконструируемых химических, металлургических, цементных и других производств высокоэффективными средствами газоочистки к поисковым работам по исследованию и разработке новых аппаратов фильтрации приступил ряд научно-исследовательских институтов СССР, в том числе – Семибратовский филиал НИИОГАЗ, где была создана лаборатория, специализировавшаяся на разработке клиновых, ячейковых и рукавных фильтров. О созданных в СФ НИИОГАЗ рукавных фильтрах будет рассказано в отдельной главе книги.

Работы по созданию тканевых фильтров велись в Московском НИИОГАЗ. В частности здесь были созданы каркасные стеклотканевые фильтры типа ФС, ФКС и ФЦ с вибрационной и центробежной регенерацией фильтрующей поверхности. Подробнее об этих разработках можно прочитать в книге Ю.В.Абросимова «Каркасные стеклотканевые фильтры НИИОГАЗа».

назад | главная | содержание | вперед