Тема 3 Очистка газовоздушных выбросов фильтрами

1 Общие сведения о процессе фильтрования и видах фильтров

2 Волокнистые фильтры

3 Воздушные фильтры

4 Тканевые фильтры

5 Зернистые фильтры

1 Общие сведения о процессе фильтрования и видах фильтров

Фильтрованием называется процесс разделения запыленных газов при их движении через пористые перегородки, при котором взвешенные частицы пыли задерживаются пористыми перегородками, а очищенные газы полностью проходят через них.

Принципиальная схема процесса фильтрования в пористой перегородке показана на рисунок 7.1.

1 – входной газопровод; 2 – пористая перегородка; 3 – слой задерживаемой пыли

Рисунок 7.1 - Схема движения газов через пористую перегородку

В пористом фильтре между входным и выходным газопроводами создается перепад давления под действием, которого через пористый фильтр проходит небольшое количество газа. Чем больше этот перепад давления, тем с большей скоростью газ будет проходить через фильтр. Ввиду того, что пористый фильтр состоит из нескольких слоев расположенный последовательно по ходу газа, газовый поток в объеме фильтра дробится в отдельные струйки, которые обтекают твердые элементы. Содержащиеся в газе частицы пыли или жидкости, столкнувшись с твердыми элементами фильтровального материала, остаются на них. Размеры пор незапыленного фильтровального материала обычно во много раз больше размеров пыли, содержащейся в газе. Поэтому в незапыленном фильтровальном материале пыль вместе с газом может беспрепятственно пройти через первые слои и осесть лишь на последующих слоях.

При фильтрации твердые частиц пыли накапливаются в порах в виде пылевого слоя на поверхности перегородки и таким образом сами становятся для вновь поступающих частиц частью фильтрующей средой. По мере накопления частиц размер пор и общая пористость перегородки уменьшаются, а сопротивление движению газов возрастает, поэтому возникает необходимость разрушения и удаления пылевого слоя (для снижения перепада давления и сохранения начальной скорости фильтрации). Таким образом, процесс фильтрования предусматривает периодическую регенерацию фильтровального материала. Для пористых сред некоторых видов (высокоэффективные волокнистые фильтры) регенерацию не производят, а использованный фильтровальный материал, заменяют свежим. При улавливании жидких частиц накапливающаяся жидкость может удаляться из пористой перегородки самопроизвольно, т.е. возможна саморегенерация фильтра.

Процесс фильтрования можно условно разделить на две стадии. На первой (начальной) стадии осажденные частицы накапливаются внутри пористой перегородки в незначительном количестве, что не меняет ее структуры. На этой стадии гидравлическое сопротивление и эффективность очистки газа не изменяются во времени и по величине определяются структурой фильтровального материала, характеристикой пыли и параметрами газа. Этот процесс принято называть стационарным. На второй стадии процесса вследствие большого количества осажденных частиц пористая перегородка претерпевает непрерывные структурные изменения, гидравлическое сопротивление и эффективность очистки возрастают по мере накопления пыли в фильтровальном материале, вследствие чего процесс называется нестационарным.

Для того чтобы обеспечить требуемую скорость прохождения газа через фильтр, необходимо создать условия, при которых по обе стороны фильтра поддерживался бы соответствующий перепад давления. Величина этого перепада определяет расход энергии вентилятора или дымососа, а поэтому является важной конструктивной и эксплуатационной характеристикой.

Фильтрами называются устройства, в которых запыленный воздух пропускается через пористые материалы, способные задерживать или осаждать пыль. Фильтр состоит из корпуса, разделенного пористой перегородкой (фильтровальным элементом) на две полости – запыленного и очищенного газа (рисунок 7.2).

Применяемые в современных аппаратах фильтрующие пористые перегородки по своей структуре весьма разнообразны, но в большинстве своем они состоят из волокнистых или зернистых элементов, которые условно могут быть разделены на следующие типы:

Гибкие пористые перегородки. К ним относятся: тканые материалы из природных, синтетических и минеральных волокон; нетканые волокнистые материалы (войлоки, клееные и иглопробивные материалы, бумага, картон, волокнистые маты); ячеистые листы (губчатая резина, пенополиуретан, мембранные фильтры).

Полужесткие пористые перегородки. К ним относятся: слои волокон, стружка, вязаные сетки, расположенные на опорных устройствах или зажатые между ними.

Жесткие пористые перегородки. К ним относятся: зернистые материалы (пористая керамика и пластмасса, спеченные или спрессованные порошки металлов, стекла, углеграфитовых материалов и др.); волокнистые материалы (отформованные слои из стеклянных и металлических волокон); металлические сетки и перфорированные листы.

Зернистые слои. К ним относятся: неподвижные, свободно насыпанные материалы; периодически или непрерывно перемещающиеся материалы; псевдоожиженные гранулы или порошки.

Современные фильтры в зависимости от назначения и величин входной и выходной концентраций улавливаемых частиц условно разделяют на три класса.

Фильтры тонкой очистки (высокоэффективные) предназначены для улавливания с очень высокой эффективностью (более 99 %) в основном субмикронных частиц из промышленных газов и воздуха при низкой входной концентрации (менее 0,5 – 5 мг/м³) и малой скорости фильтрации (менее 6 м/мин). Такие фильтры применяют для улавливания особо токсичных веществ, а также для ультратонкой очистки воздуха при проведении различных технологических процессов или в особо чистых помещениях, в которых воздух служит рабочей средой. Эти фильтры не подвергают регенерации.

Фильтры для очистки атмосферного воздуха (воздушные фильтры) – предназначены для обеспыливания атмосферного воздуха в системах приточной вентиляции и кондиционирования воздуха. Они рассчитаны на работу при концентрации пыли до 50тмг/м³, часто при высокой скорости фильтрации (до 2,5 – 3 м/с). Фильтры этого класса бывают нерегенерируемые, а также периодически или непрерывно регенерируемые.

Промышленные фильтры (тканевые, зернистые) – применяются для очистки промышленных газов с высокой концентрацией частиц (до 60 г/м³ и более). Во многих случаях при повышенных температурах и содержании в газах агрессивных компонентов (SO₂ и др.). Для периодического или непрерывного удаления накапливающейся в фильтрующей перегородке пыли фильтры этого класса имеют устройства для регенерации, позволяющие поддерживать производительность на заданном уровне и возвращать ценные продукты в производство. Фильтры этого класса нередко являются составной частью технологического оборудования.

Преимущества фильтров:

– более высокая степень очистки газов от взвешенных частиц, чем в газоочистных аппаратах других типов (фильтры обеспечивают практически полное улавливание частиц всех размеров, включая субмикронные; часто такие фильтры называют «абсолютными»);

– возможностью улавливания частиц при любом давлении газов (атмосферном, а также выше и ниже атмосферного);

– высокая степень очистки при любых концентрациях взвешенных частиц в очищаемых газах;

– возможностью очистки газов, как при высокой так и при низкой температуре очищаемой среды;

– использованием химически стойких материалов;

– возможностью полной автоматизации процесса очистки газов;

– стабильностью процесса очистки и меньшая зависимость от изменения физико-химических свойств улавливаемых частиц и расхода газов, чем при использовании других способов;

– простота эксплуатации.

Недостатки фильтров:

–относительно малый срок службы тканей и других фильтрующих перегородок;

– необходимость периодической замены некоторых фильтрующих перегородок;

– сравнительно высокий расход энергии при использовании отдельных видов пористых фильтров;

– громоздкость фильтрационных установок;

– нестабильность степени очистки во времени.

– сложность в эксплуатации.

По типу структурных элементов пористой перегородки различают волокнистые, тканевые и зернистые фильтры.