Oxorona_atmosfernogo_povitria / Vetoshkun_Puloo4ustka

Таблица 5.7. Техническая характеристика гравийных фильтров циклонов типа ФГЦН

5.4. Расчет и выбор газовых фильтров

Технологические расчеты фильтров сводятся к определению площади фильтровальной перегородки, гидравлического сопротивления фильтровальной перегородки и аппарата в целом, частоты и продолжительности циклов регенерации фильтрующих элементов.

При выборе конструкции фильтра с гибкой фильтровальной перегородкой приходится учитывать значительное число факторов:

-характеристику очищаемых газов на входе в фильтр: средний объемный расход очищаемых газов в рабочих и нормальных условиях, состав газов и их взрывоопасность, температура и давление, допустимость подсоса, содержание влаги, точка росы;

-свойства пыли: тип пыли (по механизму образования), распределение частиц по размерам, средняя и максимальная массовая концентрации, содержание токсичных веществ, химический состав пыли, ее гигроскопичность и растворимость в воде, склонность к слипанию, взрываемость и горючесть, истинная и насыпная плотности, электризуемость, абразивность, предельно допустимая концентрация;

-характеристику источника выделения пыли: технологические сведения о процессе и применяемом оборудовании, периодичность или непре-

91

рывность процесса, место отсоса запыленных газов, конструкционные материалы, используемые в технологическом оборудовании;

-характеристику и требования к уловленной пыли: ее ценность, возможность регенерации и возвращения в производство, возможность ее использования в других производствах, способ выгрузки, транспортирования

иупаковки;

-основные требования к фильтрам: допускаемое сопротивление фильтра, задаваемая величина выходной концентрации, размер установки, требуемая площадь, место расположения, необходимое вспомогательное оборудование, климатические условия, лимиты по воде, пару, электроэнергии, возможность проведения процесса при аварийной остановке фильтра, капитальные и эксплуатационные затраты.

Сучетом физико-химических характеристик выбросов, характера производства, технико-экономических и других факторов обосновывают эффективность очистки газов посредством фильтрации, принимают тип фильтрующей среды и фильтра (волокнистый, тканевый, зернистый и др.), подбирают приемлемый материал волокон, ткани или гранул; для тканых и зернистых фильтров определяюттакжеспособрегенерациифильтрующегослоя.

Фильтрующая поверхность аппарата определяется из выражения

воздуха, расходуемого на регенерацию ткани, м3/ч; q - удельная газовая нагрузка фильтровальной перегородки при фильтровании, м3/(м2 мин); Fp -

фильтрующая поверхность, отключаемая на регенерацию в течение 1 ч, м2. Величину Fp следует рассчитывать по зависимости

м2; τ′p - время регенерации секции, с; mp - число регенерации в течение 1 ч.

Для фильтров с импульсной продувкой в связи с кратковременностью процесса регенерации поверхности фильтра, выключаемой на время регенерации, и объемом газа, расходуемого на обратную продувку, можно пренебречь.

Удельная газовая нагрузка на фильтровальную перегородку для рукавных фильтров колеблется от 0,3 до 6 м3/(м2 мин). Внутри этого диапазона выбор оптимального значения зависит от многих факторов, к которым в первую очередь относятся свойства улавливаемой пыли, способ регенерации фильтровальных элементов, концентрация пыли в газе, структура фильтровального материала, температура очищаемого газа, требуемая степень очистки.

92

С достаточной для практических расчетов точностью удельную газовую нагрузку в рукавных фильтрах можно определить из следующего выражения [м3/(м2 мин)]:

где qн - нормативная удельная нагрузка, зависящая от вида пыли и ее

склонности к агломерации (определяется по данным, приведенным ниже); c1 - коэффициент, характеризующий особенность регенерации фильтрующих элементов; c2 - коэффициент, учитывающий влияние концентрации пыли на удельную газовую нагрузку (определяется по рис. 5.8); c3 - коэф-

фициент, учитывающий влияние дисперсного состава пыли в газе (определяется по данным, приведенным ниже); c4 - коэффициент, учитывающий влияние температуры газа (определяется по данным, приведенным ниже); c5 - коэффициент, учитывающий требования к качеству очистки.

Значения нормативной удельной газовой нагрузки ( qн в м3/(м2 мин)

Для коэффициента, учитывающего влияние особенностей регенерации фильтровальных элементов, в качестве базового варианта принимается фильтр с импульсной продувкой сжатым воздухом с рукавами из ткани Для этого аппарата коэффициент c1 =1. При использовании рукавов из не-

тканых материалов значение коэффициента может увеличиваться на 5…10%. Для фильтров с регенерацией путем обратной продувки и одновременного встряхивания или покачивания рукавов принимается коэффи-

93

циент c1 = 0,70...0,85 . Меньшее значение принимается для более плотной ткани. При регенерации путем только обратной продувки c1 = 0,55...0,70 .

Втеориифильтрациипринятооперироватьсвеличиной, обратнойпосмыслу эффективности очистки - проскоком. В практике проектирования установок фильтрациистепень очисткиневычисляют, апринимаютпоинформации, приво- димойвкаталогахзаводов-изготовителей. Эту величину также следует рассматриватькакоценочную. Приэксплуатациифильтравеличинапроскоканеостается постоянной во времени. В цикле между регенерациями проскок падает от максимального до минимального значения по мере накопления пыли на фильтре. В целомзапериод эксплуатации тканевого фильтра проскок длительноевремя (несколько тысяч циклов) снижается вследствие увеличения остаточной запыленности ткани, а затем, продержавшись некоторое время наминимальномуровне, начинаетрастивследствиеизносаматериала.

Концентрация пыли (коэффициент с2) сказывается на продолжительности цикла фильтрования. При увеличении концентрации увеличивается частота регенерации и удельная нагрузка должна снижаться. Однако зависимость удельной нагрузки от концентрации пыли не является линейной функцией. Наиболее заметно изменение концентрации проявляет себя в интервале концентраций 1…30 г/м3 (см. рис. 5.8). При более высоких значениях усиливается влияние коагуляции частиц пыли, и часть ее в виде агломератов падает в бункер до ее осаждения на фильтровальных элементах.

Рис. 5.8. Зависимость коэффициента c2 от концентрации пыли на входе в фильтр cвх .

94

Коэффициент c5 , учитывающий требования к качеству очистки, оце-

нивается по концентрации пыли в очищенном газе. При концентрации пыли в отходящих газах 30 мг/м3 c5 =1, а при 10 мг/м3 - c5 = 0,95 .

Энергетические затраты и эффективность процесса очистки непосредственно зависят от сопротивления, создаваемого фильтрующим слоем, т.е. тканью и автослоем (слоем пыли, осевшей на ткани в процессе фильтрации). Составляющую сопротивления, зависящую от структуры ткани, называют остаточным сопротивлением ткани, предполагая, что в порах ткани после регенерации остаетсяопределенное(такназываемое"равновесное") количествопыли. Однакона величину остатка кроме способа регенерации влияет множество других причин. Поэтому остаточное сопротивление после регенераций может изменяться в достаточноширокихпределах.

При подборе рукавных фильтров важным является оценка ожидаемого гидравлического сопротивления, определяющего энергетические затраты на фильтрование. Гидравлическое сопротивление фильтра в Па складывается из сопротивления корпуса Pк и сопротивления фильтровальной пе-

Гидравлическое сопротивление корпуса аппарата определяется величиной местных сопротивлений, возникающих на входе в аппарат и выходе из него и при раздаче потока по фильтровальным элементам. В общем виде гидравлическое сопротивление может быть оценено коэффициентом сопротивления корпуса аппарата, отнесенным к скорости газа во входном патрубке.

95

где υвх - скорость газа во входном патрубке, м/с.

Величина ξк при конструировании фильтров обычно принимается

равной 1,5…2,0.

Гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки включает потери напора за счет самой перегородки ( Pп′) и потери за счет осевшей

фильтрования, м/с; п - показатель степени, зависящий от режима течения газа сквозь перегородку (для ламинарного режима n = 1, для турбулентного n >1).

Коэффициент Kп зависит от толщины и проницаемости фильтроваль-

ной перегородки, количества пыли, оставшейся на перегородке после регенерации, свойств пыли. Поэтому этот коэффициент определяют экспериментально. Например, для фильтровальных тканей из лавсана, улавливающих цементную или кварцевую пыль с медианным диаметром в пределах 10…20 мкм, Kп = (1100…1500) 106 м-1, для тех же материалов при улавливании возгонов от сталеплавильных дуговых печей с медианным диаметром частиц 2,5…3,0 мкм Kп = (2300…2400) 106 м-1. Для более плотных тканей (лавсан, стеклоткань) на тех же пылях коэффициент Kп увеличивается в 1,2…1,3 раза.

При улавливании пылей с медианным размером частиц меньше 1 мкм коэффициент Kп увеличивается в несколько раз и для лавсана. При улавливании возгонов кремния с медианным диаметром 0,6 мкм он составляет

(13000…15 000).106 м-1.

Приведенные значения коэффициентов не учитывают возможное увеличение его в присутствии влаги.

Сопротивление в Па, вызванное осевшей на перегородку пылью, рас-

где τ - продолжительность фильтровального цикла, с; cвх - концентрация пыли на входе в фильтр, кг/м3; K1 - параметр сопротивления слоя пыли, м/кг.

96

Величина K1 зависит от свойств пыли и порозности слоя пыли на пе-

K1 = 80 109 м/кг.

Пользуясь формулой (5.8), при известном или заданном гидравлическом сопротивлении слоя пыли можно найти продолжительность фильтровального цикла:

Следует иметь в виду, что общее сопротивление рукавных фильтров не должно превышать 2800 Па, а сопротивление слоя пыли на перегородке –

600…800 Па.

Ориентировочные значения коэффициентов очистки некоторых видов выбросовврукавныхфильтрахприведенывтабл. 5.10.

Таблица5.10. Эффективность очистки пыли в рукавных фильтрах

97

Пример 5.1. Подобрать рукавный фильтр для очистки 50 000 м3/ч отработанного сушильного агента после сушки известняка в барабанной сушилке. Температура отходящего сушильного агента 80°С, концентрация пыли на выходе из сушилки 1,5 г/м3, плотность частиц 1800 кг/м3, медианный диаметр частиц пыли 3,5 мкм, содержание пыли после фильтра не должно превышать 15 мг/м3. В качестве фильтровальной ткани рекомендуется лавсан. Кроме того, подобрать вентилятор и определить мощность электродвигателя привода, если гидравлическое сопротивление системы без фильтра составляет 1300 Па, КПД вентилятора 0,75, передача к вентилятору - клиноременная.

Определяем удельную газовую нагрузку, пользуясь выражением (5.3):

q = qнc1c2c3c4c5 .

Принимаем qн = 2 м3/(м2 мин), c1 = 1, c3 = 0,9, c4 = 0,78; по графику (рис. 5.8) находим c2 = 1,1; с учетом требований к качеству очистки принимаем

c5 = 0,96.

Подставив найденные значения коэффициентов в формулу, получаем: q = 2 1 1,1 0,9 0,78 0,96 =1,48 м3/(м2 мин).

Определяем поверхность фильтрования:

F =V (60q) = 50000 (60 1,48) = 563 м2.

По каталогу для приведенных условий выбираем фильтр ФРКДИ-550 с фактической поверхностью фильтрования 550 м2. Некоторое уменьшение поверхности допустимо до тех пор, пока не будет превышена допустимая удельная газовая нагрузка для фильтров данного типа - 1,6 м3/(м2 мин).

Определяем гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки:

Pп = Kпμwn + K1μτcвхw2 .

Принимаем Kп = 2,3 109 1,2 = 2,76 109 м-1, K1 = 80 109 м/кг, w = 0,015 м/с,

τ n = 600 с, μ =19 10−6 Па с, n =1. Подставляя эти значения в формулу, получаем:

Pп = 2,76 109 19 10−6 (0,015)1 +80 109 19 10−6 × ×600 1,5 10−6 (0,015)2 = 787 + 308 =1095 Па.

Определяем гидравлическое сопротивление фильтра в целом:

Pф = Pк + Pп .

Гидравлическое сопротивление корпуса аппарата Pк определяем, задаваясь коэффициентом гидравлического сопротивления корпуса ξк = 2 , приведенным к скорости во входном патрубке:

υвх =V (3600Sвх ) = 50000 (3600 2,4 0,55) =10,52 м/с,

тогда

99

Pк =ξкυвх2 ρг 2 = 2(10,52)2 0,998 2 =110 Па и общее гидравлическое сопротивление фильтра

Pф =110 +1095 =1205 Па. =

Исходя из расхода газа и общего сопротивления установки

Pобщ = Pc + Pф =1300 +1205 = 2505 Па,

по каталогу и техническим характеристикам выбираем вентилятор высокого давления ВД-15,5 с номинальным расходом Vн = 60000 м3/ч и Pн = 3000

Па.

Определяем мощность электродвигателя вентилятора:

N=V Pобщ (3600 1000ηвηп ) =

=50000 2505(3600 1000 0,75 0,92) = 50 кВт.

Существуетидругаяметодикарасчетарукавногофильтра.

Расчет площади фильтрующей поверхности проводится в следующем порядке.

1. С учетом физико-химических характеристик выбросов, характера производства, технико-экономических и других факторов обосновывают эффективность очистки газов посредством фильтрации, принимают тип фильтрующей среды и фильтра (волокнистый, тканевый, зернистый и др.), подбирают приемлемый материал волокон, ткани или гранул; для тканых и зернистых фильтров определяюттакжеспособрегенерациифильтрующегослоя.

2. По общему расходу запыленных газов V, м3/с, расходу газов Vр на регенерацию, м3/с, и удельной нагрузке q м3/(м2.с), допустимой для выбранного

Количество газов на регенерацию Vр, принимают по техническим характеристикамвыбранныхфильтров.

Значение допустимой удельной нагрузки qдоп (скорости фильтрации) при отсутствии опытныхданных подбирают по рекомендациям предприятий - изготовителей, приведенным в каталогах или по другим официальным источникам. Ориентировочные значения qдоп для рукавных фильтров, составленные на основанииобобщенияопытаэксплуатации вразличных отраслях промышленности, приведенывтабл. 5.11.

100