4.6. Расчет тканевого рукавного фильтра

Расчет тканевых фильтров сводится к определению площади фильтрации, на основе которой выбирают типоразмер фильтра и способ регенерации. Кроме того, определяют его гидравлическое сопротивление и продолжительность работы между регенерациями. Площадь фильтрации зависит, прежде всего, от объема запылённого воздуха, с учетом его увеличения за счёт увлажнения и подсоса, нагрева и охлаждения при движении по газовому тракту, а также от газовой нагрузки q_ф м³/(м²*мин) или от эквивалентной ей скорости фильтрования. Величину удельной газовой нагрузки на фильтр можно определить из выражения

q_ф=q_nC₁C₂C₃C₄C₅

q_n – нормативнаудельная нагрузка, зависящая от вида пыли и ее слипаемости, принимаемая равной

q_n =1,2 м³/(м²*мин) – для возгонов черных и цветных металлов, активированного угля

q_n =1,7 м³/(м²*мин) – для кокса, летучей золы, порошков металлов, оксидов металлов

q_n =2,0 м³/(м²*мин) – для горных пород

С₁ – коэффициент, учитывающий способ регенерации и принимаемый равным

С₁ =1,0 – при импульсной регенерации

С₁ =1,1 – при импульсной регенерации нетканых материалов

С₁ =0,7..0,85 – при регенерации обратной продувкой с встряхиванием

С₁ =0,55..0,7 – при регенерации обратной продувкой без встряхивания

С₂ – коэффициент, учитывающий начальную запыленность газа и принимаемый равным:

С₂ = 1,1, при запыленности газа 1 - 5 г/м³;

С₂= 1,0, при запыленности газа 5 - 20 г/м³;

С₂= 0,9, при запыленности газа 20 - 70 г/м³;

С₂= 0,8, при запыленности газа > 70 г/м³.

C₃ – коэффициент, учитывающий дисперсный состав пыли.

С₃=1,2..1,4, при d_m> 100 мкм

С₃=1,1, при d_m=50 – 100 мкм

С₃=1,0, для d_m=10 – 50 мкм

С₃=0,9, при d_m=3 – 10 мкм

С₃=0,7-0,8, при d_m< 3 мкм

C₄ – коэффициент, учитывающий влияние температуры газа

С₄=1,0, при температуре 20^oC

С₄=0,9, при температуре 40 ^oC

С₄=0,84, при температуре 60 ^oC

С₄=0,78, при температуре 80 ^oC

С₄=0,75, при температуре 100 ^oC

С₄=0,73, при температуре 120 ^oC

С₄=0,72, при температуре 140 ^oC

С₄=0,7, при температуре 160 ^oC

C₅ – коэффициент, учитывающий требования к качеству очистки газа, оценивается по концентрации пыли в очищенном газе

С₅ = 1,0 – при концентрации 30 мг/м₃ и выше

С₅ = 0,95 – при концентрации 10 мг/м₃ и ниже

Полное гидравлическое сопротивление фильтра ∆P складывается из сопротивления корпуса аппарата ∆P_к и сопротивления фильтровальной перегородки ∆P_ф.

Гидравлическое сопротивление корпуса фильтра определяется величиной местных сопротивлений на входе и выходе газа из аппарата и распределением потока по фильтровальным элементам.

ξ – коэффициент сопротивления, отнесенный к скорости газа во входном патрубке фильтра (при стандартной скорости газов равной 5÷15м/с, ξ=1,5÷2,5. Гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки при проведении технических расчетов можно найти по эмпирической формуле):

W – скорость фильтрации м/с

– динамический коэффициент вязкости газа, Па с

– пористость ткани

d_m – среднемедианный размер пылевых частиц, м

ρ_ч – плотность частиц пыли, кг/м³

t_ф – время работы фильтра с момента его включения, с

h₀ – удельное гидравлическое сопротивление фильтровального материала отнесенное к толщине, равной 1м, при скорости воздуха 1м/с, Па.

– пористость слоя пыли

Пористость слоя пыли зависит от ее дисперсности и может быть вычислено из выражения:

Удельное гидравлическое сопротивление ткани можно принимать равным h₀=0,84 10⁵Па – для шерстяной ткани; h₀=0,83 10³Па – для нитрона НЦМ; h₀=27 10⁵Па – для стеклоткани.

Динамический коэффициент вязкости газа при рабочих условиях (Па*с)

- коэффициент динамической вязкости газа

Для воздуха =17,5 10^-6 Пас

Т_г- температура очищаемых газов в ^оС

Т₀=273 ^оС, температура газа в нормальных условиях,

с- принимаемая в соответствии с таблицей физических величин постоянная, зависящая от состава газа

Постоянные фильтрования можно определить по следующим формулам:

А=670*10^-6(1- )² h₀^2/3/d_m^{1,75 3}

В=817(1- )/d_m^{2 3}ρ_г

Вообще говоря при ориентировочных расчетах значений коэффициентов А и В можно брать из таблицы 10:

Таблица 10. Значения коэффициентов А и В, (ткань лавсан)

dm, мк	А, м-1	Вм/кг	Вид пыли
10-20	(1100-1500) 106	(6,5-16) 109	кварцевая, цементная
2,5-3	(2300-2400) 106 (13000-15000) 106	80 109 330 109	сталелавильная возгонка, кремниевая возгонка

Если величина оптимального перепада давления на фильтровальной перегородке задана, то можно найти гидравлическое сопротивление фильтрующей перегородки ∆ Р_ф и продолжительность периода фильтрования , то есть время между регенерациями.

Р_ф= ∆ Р₁+∆Р₂=МW_ф (А+ВZ₁W_фt_ф)

t _ф=

∆Р₁- сопротивление фильтрующей перегородки, Па.

∆Р2- сопротивление лобового слоя уловленной пыли.

А и В постоянные фильтрования, определяемые в соответствии с данными таблицы или по формулам.

Количество пыли осаждающейся на единицу площади фильтра за время

.

М₁=Z₁W_фt_ф

Оптимальная продолжительность фильтрации находится экспериментально, но упрощенно ее можно определить задав величину временного гидравлического сопротивления слоя пыли ∆Р₂ . Для мелких пылей она не должна превышать 600-800 Па, а для крупных с медианным размером 20 мкм 250-350 Па.

Общий объемный расход газа, проходящего через фильтр при регенерации с обратной продувкой

V=V₁+V_p

V₁- объемный расход газа, подводимого к фильтру, с учетом содержания водяных паров и подсосов по тракту между технологическим агрегатом и фильтром при рабочих условиях м³/ч.

Vp- объемный расход воздуха, подаваемого на обратную продувку и подмешивающегося к очищаемому газу (м³/ч) предварительно может быть определен из выражения.

V_p^’=V_г n_рt_р/3600

tp- время отключения секции на обратную продувку (обычно на 1-2 мин.).

n- количество регенераций в течении одного часа, определяется по формуле:

n_Р=3600/(t_ф + t_р)

Необходимую площадь фильтрации аппарата F_ф^’(м²) предварительно определяют из выражения:

F_ф^’=( V_г +V_p^’)/60q_Ф

где q_Ф - удельная газовая нагрузка при фильтровании м³/м² мин.

Выбор фильтра производят по каталогам с запасом 10-15%.

Фильтрующую поверхность, отключаемую на регенерацию находят по формуле:

F_Р= N_С F_С t _Р n_Р /3600

где N_С- число секций, а F_С- фильтрующая поверхность секции.

Затем уточняют расход воздуха подаваемого на продувку в течение одного часа.

V_Р = W_Ф n_Р t _Р N_С F_С

После этого находят окончательную площадь фильтров по формуле

Удельную газовую нагрузку q_ф^’ м³/ м² мин выбранного фильтра находят из выражения

q_ф^’=

Продолжительность фильтрации для любой секции фильтра должна быть больше суммарной продолжительности регенерации остальных секции

При расчете фильтров, работающих с импульсной регенирацией расход воздуха не превышает 0,2% от расхода очищаемого газа и при проведении расчетов не учитывается.