Рукавный фильтр , также известный как рукавный фильтр , мешочный фильтр или тканевый фильтр, представляет собой устройство для контроля загрязнения воздуха и пылеуловитель , который удаляет из воздуха твердые частицы или газ, выделяемые в ходе коммерческих процессов. [1] Электростанции, сталелитейные заводы, производители фармацевтической продукции, продуктов питания, химикатов и другие промышленные компании часто используют рукавные фильтры для контроля выбросов загрязняющих веществ в воздух. [2] Рукавные фильтры получили широкое распространение в конце 1970-х годов после изобретения высокотемпературных тканей (для использования в фильтрующих средах), способных выдерживать температуру свыше 350 °F (177 °C). [3]
В отличие от электрофильтров , производительность которых может существенно различаться в зависимости от технологических и электрических условий, функционирующие рукавные фильтры обычно имеют эффективность улавливания частиц 99% или выше, даже если размер частиц очень мал.
Большинство рукавных пылеуловителей используют длинные цилиндрические мешки (или трубки) из тканого или войлочного материала в качестве фильтрующего материала. Для приложений, где относительно низкая запыленность и температура газа составляет 250 °F (121 °C) или меньше, иногда вместо мешков в качестве фильтрующего материала используются гофрированные нетканые картриджи. [4] [5]
Запыленный газ или воздух поступает в рукавный фильтр через бункеры и направляется в отсек рукавного фильтра. Газ протягивается через мешки, либо изнутри, либо снаружи в зависимости от метода очистки, и слой пыли накапливается на поверхности фильтрующего материала до тех пор, пока воздух больше не сможет проходить через него. Когда происходит достаточный перепад давления (ΔP), начинается процесс очистки. Очистка может происходить, когда рукавный фильтр находится в режиме онлайн (фильтрация) или в режиме офлайн (в изоляции). Когда отсек чист, возобновляется обычная фильтрация. [6]
Рукавные фильтры являются очень эффективными коллекторами частиц из-за пылевого осадка, образующегося на поверхности мешков. Ткань обеспечивает поверхность, на которой пыль собирается посредством следующих четырех механизмов: [7]
Сочетание этих механизмов приводит к образованию пылевого осадка на фильтре, что в конечном итоге увеличивает сопротивление потоку газа. Фильтр необходимо периодически очищать.
Чтобы обеспечить длительный срок службы фильтровальных мешков, их обычно покрывают усилителем фильтрации (предварительным покрытием). Наиболее распространено использование химически инертного известняка (карбоната кальция), поскольку он повышает эффективность сбора пыли (включая летучую золу) за счет образования так называемого пылевого слоя или покрытия на поверхности фильтрующего материала. Это задерживает мелкие частицы, но также обеспечивает защиту самого мешка от влаги, а также маслянистых или липких частиц, которые могут связывать фильтрующий материал. Без предварительного покрытия фильтровальный мешок позволяет мелким частицам просачиваться через систему фильтровального мешка, особенно во время запуска, поскольку мешок может выполнять только часть фильтрации, оставляя более мелкие частицы пылевому слою усилителя фильтрации. [ необходима цитата ]
Тканевые фильтры обычно состоят из следующих частей:
Рукавные фильтры классифицируются по используемому методу очистки. Три наиболее распространенных типа рукавных фильтров — это механические встряхиватели, обратный газ и импульсная струя. [8]
В рукавных фильтрах с механическим встряхиванием трубчатые фильтровальные мешки крепятся к ячеичной пластине в нижней части рукавного фильтра и подвешиваются к горизонтальным балкам в верхней части. Грязный газ поступает в нижнюю часть рукавного фильтра и проходит через фильтр, а пыль собирается на внутренней поверхности мешков.
Очистка механического встряхивающего рукавного фильтра осуществляется путем встряхивания верхней горизонтальной планки, на которой подвешены мешки. Вибрация, создаваемая приводимым в действие двигателем валом и кулачком, создает волны в мешках, чтобы стряхнуть пылевой осадок.
Размеры рукавных фильтров-шейкеров варьируются от небольших устройств с ручным встряхиванием до крупных секционных блоков. Они могут работать с перерывами или непрерывно. Прерывистые блоки могут использоваться, когда процессы работают на пакетной основе; когда партия завершена, рукавный фильтр можно очистить. Непрерывные процессы используют секционные рукавные фильтры; когда один отсек очищается, поток воздуха можно перенаправить в другие отсеки.
В мешочных фильтрах-шейкерах не должно быть положительного давления внутри мешков во время цикла встряхивания. Давление ниже 5 паскалей (0,00073 фунта на кв. дюйм) может помешать очистке.
Соотношение воздуха к ткани для рукавных фильтров вибростенда относительно низкое, поэтому требования к пространству довольно высокие. Однако из-за простоты конструкции они популярны в горнодобывающей промышленности.
В рукавных пылеуловителях с обратным воздухом мешки крепятся на ячеичной пластине в нижней части рукавного пылеуловителя и подвешиваются к регулируемой подвесной раме в верхней части. Поток грязного газа обычно попадает в рукавный пылеуловитель и проходит через мешок изнутри, а пыль собирается на внутренней стороне мешков.
Обратные рукавные фильтры разделены на отсеки, что позволяет осуществлять непрерывную работу. Перед началом цикла очистки фильтрация в отсеке, который необходимо очистить, останавливается. Мешки очищаются путем впрыскивания чистого воздуха в пылеуловитель в обратном направлении, что создает давление в отсеке. Давление заставляет мешки частично сжиматься, в результате чего пылевой осадок трескается и падает в бункер ниже. В конце цикла очистки обратный поток воздуха прекращается, и отсек возвращается в основной поток.
Поток грязного газа помогает поддерживать форму мешка. Однако, чтобы предотвратить полное смятие и истирание ткани во время цикла очистки, в мешки через определенные интервалы вшиты жесткие кольца.
Требования к пространству для рукавного фильтра с обратным потоком воздуха сопоставимы с требованиями к рукавному фильтру с вибрационным фильтром, однако потребности в техническом обслуживании несколько выше.
В рукавных фильтрах с обратной импульсной очисткой отдельные мешки поддерживаются металлической клеткой (фильтрующей клеткой), которая крепится на ячеичной пластине в верхней части рукавного фильтра. Грязный газ поступает снизу рукавного фильтра и течет снаружи внутрь мешков. Металлическая клеточка предотвращает смятие мешка. Рукавный фильтр с импульсной очисткой был изобретен компанией MikroPul (в настоящее время входит в группу Nederman и по-прежнему является крупным поставщиком решений для фильтрации) в 1950-х годах.
Мешки очищаются коротким выбросом сжатого воздуха, подаваемого через общий коллектор над рядом мешков. Сжатый воздух ускоряется соплом Вентури , установленным в верхней части рукавного фильтра с обратной струей мешка. Поскольку продолжительность выброса сжатого воздуха коротка (около 0,1 секунды), он действует как быстро движущийся воздушный пузырь, проходящий по всей длине мешка и заставляющий поверхности мешка изгибаться. Это изгибание мешков разрушает пылевой комок, и вытесненная пыль падает в накопительный бункер ниже.
Пылеуловители с обратной импульсной струей могут работать непрерывно и очищаться без прерывания потока, поскольку выброс сжатого воздуха очень мал по сравнению с общим объемом запыленного воздуха через коллектор. Из-за этой функции непрерывной очистки пылеуловители с обратной струей обычно не разделяются на отсеки.
Короткий цикл очистки обратноструйных коллекторов снижает рециркуляцию и повторное осаждение пыли. Эти коллекторы обеспечивают более полную очистку и восстановление мешков, чем методы встряхивания или очистки обратным воздухом. Кроме того, функция непрерывной очистки позволяет им работать при более высоких соотношениях воздуха к ткани, поэтому требования к пространству ниже.
Цифровой последовательный таймер включает электромагнитный клапан через заданные интервалы времени для подачи воздуха в продувочную трубу и очистки фильтров.
Для очистки рукавных фильтров используются два основных типа последовательностей:
Периодически очищаемые рукавные фильтры состоят из множества отсеков или секций. Каждый отсек периодически закрывается от входящего потока грязного газа, очищается, а затем снова включается. Пока отдельный отсек не на месте, поток газа отводится из зоны отсека. Это делает ненужным отключение производственного процесса во время циклов очистки.
Постоянно очищаемые отсеки рукавного фильтра всегда фильтруют. Поток сжатого воздуха на мгновение прерывает процесс сбора для очистки мешка. Это известно как импульсная струйная очистка. Импульсная струйная очистка не требует отключения отсеков. Постоянно очищаемые рукавные фильтры разработаны для предотвращения полного отключения во время обслуживания мешка и сбоев в основной системе.
Стержень, соединяющийся с мешком, приводится в действие двигателем. Это обеспечивает движение для удаления затвердевших частиц. Скорость и движение встряхивания зависят от конструкции мешка и состава твердых частиц. Обычно встряхивание происходит горизонтально. Верх мешка закрыт, а низ открыт. При встряхивании пыль, собранная внутри мешка, высвобождается. Грязный газ не проходит через мешок во время его очистки. Такое перенаправление воздушного потока иллюстрирует, почему мешочные фильтры должны быть разделены на отсеки.
Воздушный поток придает мешку структуру. Грязный воздух проходит через мешок изнутри, позволяя пыли собираться на внутренней поверхности. Во время очистки поток газа ограничивается из определенного отсека. Без текущего воздуха мешки расслабляются. Цилиндрический мешок содержит кольца, которые не дают ему полностью схлопнуться под давлением воздуха. Вентилятор продувает чистый воздух в обратном направлении. Релаксация и обратный поток воздуха заставляют пылевой комок крошиться и выпадать в бункер. После завершения процесса очистки поток грязного воздуха продолжается, и мешок восстанавливает свою форму.
Этот тип очистки рукавных фильтров (также известный как очистка под давлением) является наиболее распространенным. Он был изобретен и запатентован компанией MikroPul в 1956 году. [9] Для удаления пыли из мешка используется струя воздуха под высоким давлением. Струя поступает в верхнюю часть трубки мешка, временно прекращая поток грязного воздуха. Удар воздуха вызывает волну расширения, которая распространяется вниз по ткани. Изгиб мешка разрушает и выбрасывает пылевой осадок. Воздушный удар длится около 0,1 секунды, и ударной волне требуется около 0,5 секунды, чтобы пройти по всей длине мешка. Благодаря быстрому высвобождению струя воздуха не мешает потоку загрязненного газа. Поэтому рукавные фильтры с импульсной струей могут работать непрерывно и обычно не разделяются на отсеки. Струя сжатого воздуха должна быть достаточно мощной, чтобы гарантировать, что ударная волна пройдет по всей длине мешка и разрушит пылевой осадок. Эффективность системы очистки позволяет устройству иметь гораздо более высокое соотношение газа к ткани (или объемную пропускную способность газа на единицу площади фильтра), чем встряхивающие и обратные воздушные мешочные фильтры. [10] Таким образом, этот тип фильтра требует меньшей площади для пропуска того же объема воздуха.
Наименее распространенный тип метода очистки — звуковой. В некоторых мешочных фильтрах установлены ультразвуковые рожки , которые обеспечивают дополнительную вибрацию для улучшения очистки от пыли. Рожки, которые генерируют высокоинтенсивные звуковые волны в нижнем конце ультразвукового спектра , включаются непосредственно перед или в начале цикла очистки, чтобы помочь разорвать связи между частицами на поверхности фильтрующего материала и способствовать удалению пыли.
Звуковую очистку обычно комбинируют с другими методами очистки для обеспечения тщательной очистки.
Хотя принципы этого метода являются базовыми, метод очистки вращающейся механической клетки является относительно новым для международного рынка. Этот метод можно визуализировать, напомнив пользователям о том, как они кладут коврик на бельевую веревку и выбивают из него пыль. [11]
Вариант вращающейся механической клетки состоит из фиксированной клетки, прикрепленной к пластине ячейки. Внутри клетки, удерживающей мешок, вложена вторичная клетка, которая может вращаться на 90 градусов, чтобы воздействовать на внутреннюю часть фильтровального мешка. Это ударное действие достигает того же желаемого эффекта создания силы, которая вытесняет частицы по мере движения клетки. Это вращательное действие может быть отрегулировано для достижения желаемого эффекта взбивания на внутренней части мешка. [11]
В картриджных коллекторах используются перфорированные металлические картриджи, содержащие гофрированную нетканую фильтрующую среду, в отличие от тканых или войлочных мешков, используемых в рукавных фильтрах. Гофрированная конструкция обеспечивает большую общую площадь фильтрующей поверхности, чем в обычном мешке того же диаметра. Большая площадь фильтрации приводит к уменьшению соотношения воздуха к среде, перепада давления и общего размера коллектора.
Картриджные коллекторы доступны в одноразовом и непрерывном исполнении. В одноразовых коллекторах грязные картриджи меняются, а собранная грязь удаляется, когда коллектор выключен. В непрерывном исполнении картриджи очищаются обычной импульсно-струйной системой очистки.
Производительность рукавного фильтра зависит от температуры газа на входе и выходе, перепада давления, непрозрачности и скорости газа . Химический состав , влажность, кислотная точка росы , а также загрузка частиц и распределение размеров газового потока также являются важными факторами.
Перепад давления, сопротивление фильтра, соотношение воздуха и ткани и эффективность сбора являются важнейшими факторами при проектировании рукавного фильтра.
Тканевые фильтровальные мешки представляют собой овальные или круглые трубки, обычно длиной 15–30 футов (4,6–9,1 м) и диаметром от 5 до 12 дюймов (от 130 до 300 мм), изготовленные из тканого или войлочного материала. [12]
Нетканые материалы бывают войлочными или мембранными. Нетканые материалы крепятся к тканой основе (сетке). Войлочные фильтры содержат хаотично расположенные волокна, поддерживаемые тканым материалом основы (сеткой). В мембранном фильтре тонкая пористая мембрана крепится к сетке. Высокоэнергетические методы очистки, такие как импульсная струя, требуют войлочных тканей.
Тканые фильтры имеют определенный повторяющийся рисунок. Низкоэнергетические методы очистки, такие как встряхивание или обратный поток воздуха, позволяют использовать тканые фильтры. Различные узоры плетения, такие как полотняное переплетение , саржевое переплетение или сатиновое переплетение, увеличивают или уменьшают количество пространства между отдельными волокнами. Размер пространства влияет на прочность и проницаемость ткани. Более плотное переплетение соответствует низкой проницаемости и, следовательно, более эффективному улавливанию мелких частиц.
Обратные воздушные мешки имеют вшитые в них противосхлопывающиеся кольца, чтобы предотвратить сплющивание при применении энергии очистки. Фильтровальные мешки с импульсной струей поддерживаются металлической клеткой, которая удерживает ткань в натянутом состоянии. Для продления срока службы фильтровальных мешков тонкий слой мембраны PTFE (тефлон) может быть приклеен к фильтрующей стороне ткани, что не позволяет частицам пыли встраиваться в волокна фильтрующего материала.
В некоторых мешочных фильтрах используются гофрированные картриджные фильтры, [13] похожие на те, что используются в домашних системах фильтрации воздуха. Это позволяет увеличить площадь поверхности для более высокого потока за счет дополнительной сложности в производстве и очистке.