3.3. Зернистые фильтры

Фильтрующие слои, состоящие из зерен сферической или другой формы, применяются для очистки газов реже, чем волокнистые материалы. Преимуществами многих из зернистых фильтров являются доступность материалов, возможность работать при очень высоких температурах и в условиях агрессивной среды, выдерживать большие механические нагрузки и перепады давлений, а также резкие изменения температуры.

Различают следующие типы зернистых фильтров:

1) зернистые насадочные (насыпные) фильтры, в которых улавливающие элементы (гранулы, куски и т.д.) не связаны друг с другом. К этим фильтрам относятся: статические (неподвижные) слоевые фильтры; динамические (подвижные) слоевые фильтры с гравитационным перемещением сыпучей среды; фильтры с псевдоожиженным слоем;

2) жесткие пористые фильтры, в которых зерна прочно связаны друг с другом в результате спекания, прессования или склеивания и образуют прочную неподвижную систему. К этим фильтрам относятся: пористая керамика, пористые металлы, пористые пластмассы.

Улавливание частиц пыли в зернистых фильтрах подчиняется тем же закономерностям, что и в волокнистых фильтрах, так как действуют те же механизмы осаждения частиц на препятствии.

При расчете зернистого фильтра сначала определяют характеристики газа при рабочих условиях. Затем степень очистки газа и гидравлическое сопротивление зернистого фильтра заданной толщины.

Степень очистки газа зернистым слоем, в долях от единицы, приближенно можно определить из выражения:

(3.20)

где t_ф – время от начала процесса фильтрования, с;  и  - эмпирические коэффициенты (для гравийных фильтров  = 0,87710⁷,  = 2,5710^-11); К_сл – коэффициент захвата пыли слоем, определяемый из выражения:

К_сл = , (3.21)

где d_m – среднемедианный размер пыли, м; _ч – плотность частиц пыли, кг/м³; H_сл – толщина слоя, м; w_ф – скорость фильтрования, м/с; d_экв – эквивалентный диаметр, м;  - вязкость газа. Пас.

Гидравлическое сопротивление фильтра складывается из сопротивления зернистого слоя р₁ и прироста сопротивления р₂ за счет накопления уловленной пыли (Па):

  (3.22)

Гидравлическое сопротивление зернистого слоя р₁ после регенерации с учетом пыли, оставшейся в нем после регенерации, можно определить по формуле:

,  (3.23)

где _п – пористость пыли, доли единицы; _г – плотность газа, кг/м³.

Прирост сопротивления слоя за счет накопления уловленной пыли можно определить по формуле:

,   (3.23)

где z₁ – начальная запыленность газа, кг/м³.

3.4. Пример расчета рукавного фильтра

Задание 3.1. Рассчитать и выбрать по расчетам из каталога рукавный фильтр из ткани лавсан, предназначенный для очистки газов электросталеплавильной печи, при следующих исходных данных: расход газа при нормальных условиях V_0г125000 м³ч, температура газа перед фильтром Т_г145 ^оС , барометрическое давление Р_бар101,3 кПа, разрежение перед фильтром Р_г300 Па, динамический коэффициент вязкости ₀ 17,910^6 Пас (константа с  124), плотность газа _г  1,3 кгм³, концентрация пыли в газе перед фильтром z₀13,3 кг м³, средний размер частиц пыли d_m3 мкм, плотность частиц пыли _ч  5500 кг м³. Гидравлическое сопротивление фильтра не должно превышать р  1,4 кПа.

Решение

1. Принимая допустимую температуру газа для ткани лавсан равной 130 ^оС, определим подсос воздуха перед фильтром V_Ов из окружающей среды с температурой 20 ^оС, необходимый для охлаждения газа с Т_г  145 ^оС до Т_г 130 ^оС:



  .

2. Полный расход газа, идущего на фильтрование, при нормальных условиях:

 

 125000  1 0,136  142000 м³ч.

3. Полный расход газа, идущего на фильтрование, при рабочих условиях:

V_г 

V_г  142000  210242 м³ч.

4. Запыленность газа перед фильтром при рабочих условиях:

z₁ 

z₁   7,9 г м³.

5. Допустимая газовая нагрузка на фильтр (скорость фильтрации) в данных условиях определяется по формуле (3.1):

q = q_нС₁С₂С₃С₄С₅

q   0,57 м³ (м²мин)

( w_ф  0,0095 м с )

6. Полное гидравлическое сопротивление фильтра р складывается из сопротивления корпуса р_к и сопротивления фильтровальной перегородки р_ф:

р  р_к  р_ф.

7. Плотность газа при рабочих условиях:

_г 

_г  1,3  0,88 кг м³.

8. Гидравлическое сопротивление корпуса фильтра:

р_к 

р_к   56,3 Па

где w_вх – скорость газа на входе в фильтр, принимаем w_вх  8 м с;

  задаваемый коэффициент сопротивления,   2.

9. Сопротивление фильтровальной перегородки р_ф складывается из сопротивления запыленной ткани р₁ и сопротивления накапливающегося слоя пыли р₂. Постоянные фильтрования принимаем:

А  2300  10⁶ м^; В  80  10⁹ мкг.

10. Динамический коэффициент вязкости газа при рабочих условиях:

 

   24,310^-6 Пас.

где Т_га = 403 ^оК - абсолютная температура газа после охлаждения.

11. Гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки при р  1,4 кПа:

р_ф  р  р_к

р_ф  1400  56,3  1344 Па.

12. Продолжительность периода фильтрования между двумя регенерациями:

t_ф 

t_ф   580 с.

13. Количество регенераций в течение 1 часа:

n_p  3600 (t_ф  t_р)

n_p  3600 (580 + 40 )  5,8  6,

где t_p  40 c  задаваемая продолжительность регенерации.

14. Расход воздуха на регенерацию при условии, что скорость обратной продувки равна скорости фильтрования определим из выражения:



  14016 м³/ч .

15. Предварительно определяем необходимую фильтровальную площадь:

 )

 (210242  14016) 60  0,57  6557 м².

16. По каталогу [4] или из таблиц Приложения 7 выбираем фильтр марки ФРО-7000 с поверхностью фильтрования F_ф  7182 м², состоящий из N_c  14 секций с поверхностью фильтрования по F_c  513 м².

17.Площадь фильтрования F_p, отключаемая на регенерацию, в течение 1 ч.:

F_p 

F_p   479 м².

18. Уточненное количество воздуха, расходуемое на обратную продувку в течение 1 ч.:

V_p 

V_p   16375 м².

19. Окончательная площадь фильтрации:

F_ф 

F_ф   7105 м²,

что близко к площади фильтрования выбранной марки фильтра.

20. Продолжительность периода фильтрования должна быть больше суммарного времени регенерации остальных секций:

t_ф  (N_c  1) t_p; 580 (14  1)  40; т.к. 580  520,

то есть в данном случае необходимое условие выполнено.

21. Фактическая удельная газовая нагрузка:



  0,569 м³/м²мин,

то есть близка к расчетной и, следовательно, фильтр выбран правильно.