4. Сепарація пилу за допомогою фільтруючих пристроїв.
Принцип дії фільтруючих пристроїв базується на пропусканні очищувального аерозольного потоку через пористі середовища. При цьому, завислі в газовому потоку частки, під дією броунівської дифузії, ефекту дотику, інерційних, електростатичних та гравітаційних сил, а також явищ відсіювання, осаджуються в пористому середовищі. Оскільки процес проходження газу (або рідини) через пористі середовища називають фільтрацією, апарати очистки газів, які засновані на цьому принципі, називаються фільтрами. Основні різновиди апаратів даного типу - волокнисті, тканинні та зернисті фільтри.
4.1. Волокнисті фільтри. У волокнистих фільтрах вловлювання та накопичення часток проходить по всій глибині фільтруючого шару, тобто це фільтри об'ємної дії. Їх використовують при забрудненні повітря пилом в межах 0,5 -5,0 мг/м3 і умовно поділяють на тонковолокнисті, глибокі та грубоволокнисті.
Тонковолокнисті фільтри, які зображені на рис. 7, використовують для очистки тонкодисперсних аерозолів. їх ефективність до найбільш проникаючих часток (0,05-0,5 мкм) - не менше 99%. Фільтри виготовляють у вигляді тонких листів або об'ємних шарів фільтруючого матеріалу із тонких або ультратонких волокон (діаметр пор < 5 мкм). Швидкість фільтрації 0,01-0,1 м/с, опір чистих фільтрів - 200-300 Па, а захаращених -700-1500 Па.
Для збільшення продуктивності фільтрів, зменшення швидкості фільтрації, втрат напору при їх експлуатації, збільшують поверхню фільтрації, розміщуючи фільтруючий матеріал між елементами канального гофрованого розділювача (рис 7). Якщо концентрація пилу вища, ніж 0,5 мг/м3, перед волокнистими фільтрами тонкої очистки встановлюють пиловловлювачі першого ступеня. Як тонковолокнисті фільтруючі матеріали використовують синтетичні волокна, а при роботі в умовах підвищеної температури - скловолокнисті матеріали.
Недоліками волокнистих фільтрів, крім збільшення питомого опору в процесі експлуатації, є необхідність заміни фільтруючого матеріалу. Такі фільтри не піддаються регенерації.
Рис. 7 Фільтр тонковолокунистої очистки
Глибокі волокнисті фільтри складаються з глибокого першого шару грубих волокон та тоншого кінцевого шару з тонких волокон. Така конструкція фільтра забезпечує більшу тривалість його роботи між замінами фільтруючого елементу порівняно з фільтрами тонкої очистки.
4.2. Фільтри грубої або попередньої очистки призначені для зниження початкової концентрації часток пилу в системах з підвищеними вимогами до очистки газів. Як фільтруючий матеріал використовують волокнисті матеріали різного діаметру (1-20 мкм), причому до 50% волокон повинні мати діаметр < 4 мкм. В таких фільтрах, при швидкості фільтрації 0,05-0,1 м/с, практично повністю вловлюються частки пилу, розмір яких > 1 мкм. Недоліками волокнистих фільтрів є збільшення опору в процесі експлуатації за рахунок захаращення пор матеріалу. Так, якщо початковий опір фільтрів становить 100-200 Па, то кінцевий -700-1000 Па.
4.3. Тканинні фільтри. Як фільтруючий матеріал в цих фільтрах використовують спеціальні тканини та волоки (фетри). Такі тканини виготовляють з волокон діаметром до 30 мкм.. Осадження часток пилу проходить на нитках тканини при фільтрації газу через неї. Механізм осадження частинок пилу: дотик, захоплення, інерція, дифузія, електростатична взаємодія, відсіювання. Коли тканина покривається шаром пилу, останній стає вторинним фільтруючим середовищем, що призводить до підвищення ефективності фільтрів, при одночасному збільшенні опору. Для відновлення працездатності таких фільтрів необхідно періодично видаляти пил з поверхні тканини. Для цього можна використовувати механічне або аеродинамічне струшування, зворотне продування газами.
4.4. Зернисті фільтри. Як фільтруючий елемент використовують шари зернистих природних (пісок, ошурки, щебінь тощо) або штучних (гума, пластичні маси) матеріалів. Перевага цих фільтрів перед тканинними - можливість роботи при високих температурах (до 500-800°С) та в умовах агресивного середовища. Зернисті фільтри витримують великі механічні навантаження і перепади тисків.
Розрізняють два основних типа зернистих фільтрів: насадочні (насипні) з рухливим (псевдозрідженим) та нерухливим шаром, в яких окремі складові шару не зв'язані один з одним, та жорсткі пористі фільтри, в яких зерна жорстко зв'язані один з одним в результаті спікання, пресування або склеювання.
Максимальний ефект очистки в зернистих фільтрах досягається при очистці конденсаційних аерозолів, частки яких коагулюють у фільтруючому шарі. Такі фільтри використовують на перших ступенях очистки в багатоступеневих очисних спорудах. Зернисті фільтри мають великі можливості регенерації.
Навантаження по повітрю в зернистих фільтрах залежно від початкової концентрації пилу (1-20 мг/м3) використовують в межах 2,5-17,0 м3/(м2ххв). Початковий опір зернистих фільтрів при висоті шару 0,10-0,15 м змінюється від 50 до 200 Па.