Рукавные фильтры

Принцип действия и конструкция

В промышленности широко применяться рукавные фильтры (см. рисунок), которые являются одними из самых эффективных аппаратов качественной очистки газовых промышленных выбросов. Это, прежде всего, связано с повышением требований к охране и защите окружающей среды, а так же с расширением производств, которые выпускают новые фильтровальные материалы из синтетических волокон, работоспособных в самых разных по конструкции фильтрах с всевозможными способами регенерации.

Конструкция рукавных фильтров представлена корпусом, в котором размещены тканевые рукава (мешки). Верхние концы мешков оснащены крышками и подвешены к общей раме. Нижние концы мешков открыты и крепятся на патрубках общей трубной решетки.

Чертеж рукавного фильтра

Слева – процесс очистки газа, справа – обратная продувка рукавов.

Загрязненный газ проходит сквозь ткань рукавов изнутри наружу. Частицы пыли осаждаются в порах ткани, а чистый газ выводится посредством выхлопной трубы. По мере того, как растет слой пыли, возрастает сопротивление ткани. Для профилактики, рукава систематически встряхивают при помощи специального кулачкового механизма. Существуют устройства, которые оснащены системой продува мешков. В таких системах направление воздуха обратно движению очищенного газа. Процесс продувки и встряхивания осуществляется с периодичностью 5-20 минут и продолжается 5-20 секунд. Данные устройства разбиты на несколько секций, которые работают попеременно. Рабочий режим и режим очистки переключаются автоматически.

Эффективность рукавных фильтров, прежде всего, зависит от выбора фильтровального материала.

Современные рукавные фильтры оснащаются мешками из высокопрочных и теплостойких тканей:

• ткань из волокна орлон;
• стекловолоконная ткань;
• байка с добавлением капроновых волокон.

Простая конструкция рукавных фильтров и их эффективная работа сделала этот тип фильтрующих механизмов наиболее распространенным в промышленности. Причем подобные фильтры имеют внутреннюю классификацию, характеризующую тип используемого материала и особенности подачи газа.

Конструкция рукавных фильтров такова, что позволяет обеспечивать фильтрацию газа сразу в несколько потоков. Пространство между рукавами обеспечивает свободное раздувание рукавов под действием воздушного потока и легкость их замены или ремонта.

Рукавный фильтр с импульсной продувкой

Конструкция фильтровальных рукавов может быть различной. Обычно они выполняются в виде тканевого (цельносшитого или состоящего из частей) цилиндра с распорными рукавами или без них. Верхний и нижний края рукавов, в тех местах, где происходит крепление хомутом, подворачиваются и подшиваются для придания им большей прочности.

Фильтры, которые используются для очищения газов от пыли, чаще всего выполняются в виде нескольких рукавных фильтров, которые параллельно подсоединены в батареи. При этом фильтрация происходит попеременно в трех блоках, которые расположены друг за другом.

В двух из этих блоков выполняется собственная фильтрация, а в третьем – выгрузка осадка.

Батарея рукавных фильтров

В процессе фильтрации газ, который загрязнен пылью, направляется в рукава фильтра. Частицы пыли из газа остаются на рукаве, образуют осадок.

В том момент, когда осадок достигает максимальной толщины, газ перестает подаваться в аппарат. После этого в рукав фильтра вдувается воздух, в обратном направлении. А благодаря вибрации осадок отпадает от рукава фильтра. Осадок падает вниз и попадает в конус, а из него выгружается в мешки.

Для того чтобы полностью очистить рукава фильтров, его переводят в режим удаления пыли.

Чтобы качественно очистить непрерывный поток газа от частиц пыли , следует использовать батарею из трех рукавов, который работают по очереди. Два из фильтров постоянно работают, а третий является резервным и вытряхивается во время работы первых двух.

Также как и при разделении суспензий, очистка газов от взвешенных частиц методом фильтрования используется в том случае, когда разделение не может производиться методом осаждения в циклонах и отстойных камерах. Принцип работы аппаратов для очищения газов методом фильтрования аналогичен действию аппаратов для разделения суспензий. В таких аппаратах применяются пористые перегородки, пропускающие газ, но задерживающие при этом твердые частицы на своей поверхности.

Фильтровальные перегородки для очищения газов разделяются на четыре основные группы:

• Зернистые перегородки (состоят из слоев песка, гравия и кокса).
• Гибкие перегородки (состоят из тканей и нетканых материалов из синтетических и природных волокон).
• Жесткие перегородки (состоят из керамики, металлических порошков и пластмасс).
• Полужесткие перегородки (состоят из металлических меток, стружки и слоев волокон).

Гибкие перегородки оснащаются рукавными фильтрами (рис. а), которые состоят из сварного металлического корпуса круглого или прямоугольного сечения. Внутри такого корпуса находится трубная решетка с патрубками. На патрубки надеваются концы тканевых рукавов, в которые вшиты проволочные кольца. При этом верхние концы рукавов закрываются крышками, которые имеют крючки для подвески на раме. Такие крючки сварены из металлических угольников и полос. Рама имеет пружинную опору и подвешена на стержне, который проходит через крышку корпуса.

Газ весь при этом поступает через нижний штуцер, расположенный под трубной решеткой, а после этого входит во все рукава. Газ фильтруется через ткань, а пыль остается на внутренней поверхности рукава. Очищенный газ выходит через штуцер, расположенный в верхней крышке корпуса. Для того чтобы очистить рукава от пыли, с определенной периодичностью поток газа останавливается, а рукава встряхиваются.

В процессе встряхивания рукавов пыль попадает в конусное днище, из которого она удаляется шнеком. В том случае, если рукава изготовлены из ворсистой ткани, то вначале производится их встряхивание, а после этого продувка чистым газом из отдельного штуцера. Таким образом, удается удалить мелкие частицы, которые проникают внутрь ткани.

Фильтрационное пылеулавливание применяется для очищения газа от пыли, которая имеет размер 0,1-100 мкм.

Показатель производительности рукавных фильтров определяется удельной нагрузкой ткани (объем загрязненного газа в м³, который проходит через 1 м² ткани за один час). Удельная нагрузка ткани, из которых изготовлены фильтрующие мешки, как правило, находится в диапазоне от 120 до 150 м³/м² * ч. Верхний температурный предел ткани определяет температуру подаваемого газа, который часто приходится охлаждать.

Рукавные фильтры работают при практически постоянной скорости фильтрования. Следовательно, время между встряхиваниями рукавов определяется перепадом давления, который возрастает при увеличении толщины осадка на рукаве (∆h=2-3 кПа). При определении скорости фильтрования учитывается материал, из которого изготовлен рукав, а также свойства пыли. Такая скорость находится в пределах от 50 до 200 м³/(м²*ч). Если производительность по газу V м³/ч, то необходимая суммарная производительность рукавов вычисляется как F=v/c м². При этом количество рукавов, имеющих диаметр d и длину l, составляет:

i = F/π δl = V/πC δl

Для того чтобы повысить производительность рукавных фильтров, они постоянно регенерируются при помощи непрерывной продувки сжатым газом.

Основным достоинством рукавных фильтров является высокое качество очистки газа от пыли.

Для определения сопротивления фильтрующих перегородок используется формула:

δp = Aωⁿ, мм.вод.ст.

Рукавные фильтры чаще всего изготавливают многосекционными. Такие фильтры работают с всасыванием или нагнетанием газа. На рис. изображен фильтр, в котором нагнетание газа выполняется при помощи вентилятора через газоход. При этом на порах ткани образуется осадок их пыли, а очищенный воздух через выхлопную трубу попадает в атмосферу.

Такой фильтр имеет много секций. При этом после окончания очистки одной секции она переключается в рабочее положение, а следующая секция переключается в режим очистки.

На рисунке изображен рукавный фильтр в боковом разрезе. Степень очистки газа в таком фильтре при правильной эксплуатации может достигать почти 98%.

В таких фильтрах для улавливания пыли используются рукава, выполненные из шерстяной или бумажной ткани. 

Если выполняется очищение газа при температуре, которая меньше, чем температура конденсации, то водяные пары, содержащиеся в газе, увлажняют ткань, в результате чего она становится замазанной и имеет слишком большое сопротивление.

Регенерация (очистка) фильтрующей поверхности осуществляется двумя способами. Первый заключается в механическом воздействии на поверхность ткани, что позволяет освободить ее от пыли. при этом может применяться встряхивание, вибрация, звуковые волны, резкое изменение потока фильтруемого газа и т.д. Второй способ – это обратная продувка фильтра очищенным газом. Для повышения эффективности регенерации тканевых фильтров в фильтровальных машинах обычно используются оба способа.

Фильтрационное пылеулавливание заключается в том, что поток загрязненного газа проходит через фильтровальный материал, и частицы пыли остаются на нем, а газ проходит сквозь него.

Для такого фильтра чаще всего используется специальный войлок или ткань густого плетения. Данные материалы способны уловить частицы пыли, размер которых составляет 0,1-100 мкм.

Фильтрационное пылеулавливание происходит неравномерно, но в одном рабочем цикле.

На очищенном фильтровальном материале остаются частицы пыли, которые имеют размер больше, чем пропускная способность самого материала. Пыль, которая остается в результате фильтрования, образовывает осадок, который со временем увеличивается в размерах. Данный осадок непосредственным образом влияет на качество фильтрования, то есть фильтровальный материал, на котором образуется осадок, удерживает даже те частицы, размер которых меньше, чем отверстия материала. Качество фильтрования постепенно увеличивается, однако возрастает потеря давления.

Именно поэтому необходимо периодически удалять осадок с фильтровального материала. Чтобы это сделать, необходимо демонтировать и вытряхнуть фильтровальный материал. Это можно сделать также путем продувки фильтровального материала при помощи сжатого воздуха. После удаления осадка можно продолжать процесс фильтрования.

Рукавный фильтр для производства очищенной терефталевой кислоты

Рабочие условия

Расчетные данные

Спецификация

Габаритные размеры установки: 2900 (ш) х 2400 (гл) х 8250 (в) мм плюс лестницы и переходы.

Отличительные черты:

• Клетки из нержавеющей стали
• Чистая и грязная стороны фильтровальной установки, включая бункер и дверцы доступа, имеют слой изоляции 100 мм с внешним покрытием из алюминиевого листа
• Высокотемпературные уплотнения из Viton
• Высокотемпературный силиконовый герметик
• Система аэрации на основе бункера сверху разгрузочного фланца
• Дополнительная лестница с поручнями для доступа к главной смотровой дверце в бункере из низкоуглеродистой стали с гальваническим покрытием
• Дополнительная лестница от верха фильтра до существующего канализационного стояка из низкоуглеродистой стали с гальваническим покрытием
• Узел фильтрации изготовлен из нержавеющей стали AISI 304L
• Внутренняя поверхность бункера из нержавеющей стали AISI 304L отполирована до 240 грит
• Отборы для дифференциального манометра: фланцы тип RF ANSI Class 150#
• Отвод для местного манометра: фланец тип RF ANSI Class 150#
• Фильтр-регулятор давления воздуха встроен в резервуар сжатого воздуха

Замечания по использованию в потенциально взрывоопасной атмосфере (ATEX - Directive 94/EC)

Предлагаемая установка в целом не предназначена для применения в атмосфере, которая классифицируется, как потенциально взрывоопасная согласно ATEX - Directive 94/EC. Однако, поскольку потенциально взрывоопасные компоненты атмосферы присутствуют и в грязной и в чистой камере фильтровальной установки, узлы и оборудование, располагающиеся в этих местах сертифицированы для работы в потенциально взрывоопасных зонах:

• чистая сторона пылесборника: ATEX Zone 22
• грязная сторона пылесборника: ATEX Zone 20

Выбор компонентов фильтровальной установки основан на следующей информации:

• токопроводящая пыль: Нет
• минимальная энергия зажигания менее 1 мДж: Нет
• температура воспламенения облака выше 187 °С при запыленности: Да
• температура воспламенения слоя выше 200 °С при запыленности: Да
• индекс взрывоопасности пыли (Kst): <199 бар*м/с
• класс взрывоопасности пыли: ST1
• максимальное давления взрыва облака пыли (Pmax): 8 бар*м/с

Инженеры всегда готовы проконсультировать или предоставить дополнительную техническую информацию по предлагаемым рукавным фильтрам.

• Bag filters
• Schlauchfiltern
• Filtros de mangas