logo search
Pidrychnuk

15.4. Розрахунок і вибір газових фільтрів

Технологічні розрахунки фільтрів зводяться до визначення площі фільтрувальної перегородки, гідравлічного опору фільтрувальної перегородки і апарату в цілому, частоти і тривалість циклів регенерації елементів, що фільтрують.

При виборі конструкції фільтру з гнучкою фільтрувальною перегородкою доводиться враховувати значне число чинників:

- характеристику і вимоги до вловленого пилу: його цінність, можливість регенерації і повернення у виробництво, можливість його використання в інших виробництвах, спосіб вивантаження, транспортування і упаковки;

- основні вимоги до фільтрів: опір фільтру, що допускається, величина вихідної концентрації, що задається, розмір установки, необхідна площа, місце розташування, необхідне допоміжне устаткування, кліматичні умови, ліміти на воду, пару, електроенергію, можливість проведення процесу при аварійній зупинці фільтру, капітальні і експлуатаційні витрати.

З урахуванням фізико-хімічних характеристик викидів, характеру виробництва, техніко-економічних і інших чинників обґрунтовують ефективність очищення газів за допомогою фільтрації, приймають тип фільтрувального середовища і фільтру (волокнистий, тканинний, зернистий і ін.), підбирають прийнятний матеріал волокон, тканини або гранул; для тканих і зернистих фільтрів визначають також спосіб регенерації фільтрувального шару.

Поверхня апарату, що фільтрує, визначається з виразу

Рф=[(До + УР)/60д]+ РР (5-1)

де Vn - об’єм газу, що поступає на очищення, м /ч; Vp - об’єм газу або повітря, що витрачається на регенерацію тканини, м /ч;

q - питома газова навантаження фільтрувальної перегородки при фільтруванні, м /(м -мин);

Fp - поверхня, що фільтрує, відключається на регенерацію протягом 1 год, м2. Величину F слід розраховувати із залежності:

^=ВД*>,/3600, (5.2)

де Nc - число секцій у фільтрі;

Fc - поверхня секції, що фільтрує

м2; т’р - час регенерації секції, з;

тр - число регенерації протягом 1 год.

Для фільтрів з імпульсним продуванням у зв’язку з короткочасністю процесу регенерації поверхні фільтру, регенерації, що вимикається на якийсь час, і об’ємом газу, що витрачається на зворотне продування, можна нехтувати.

Питоме газове навантаження на фільтрувальну перегородку для рукавних фільтрів коливається від 0,3 до 6 м/(м∙хв). Всередині цього діапазону вибір оптимального значення залежить від багатьох чинників, до яких в першу чергу відносяться властивості вловлюваного пилу, спосіб регенерації фільтрувальних елементів, концентрація пилу в газі, структура фільтрувального матеріалу, температура газу, що очищається, необхідний ступінь очищення.

З достатньою для практичних розрахунків точністю питоме газове навантаження в рукавних фільтрах можна визначити з наступного виразу [м/(м∙хв)]:

4 = 4„CiC2c3c4c5 (5.3)

де qH - нормативна питома навантаження, залежне від виду пилу і його схильності до агломерації (визначається за даними, що наведені нижче);

сх - коефіцієнт, що характеризує особливість регенерації елементів, що фільтрують;

с2 - коефіцієнт, що враховує вплив концентрації пилу на питоме газове навантаження (визначається по мал. 5.8);

с3 - коефіцієнт, що враховує вплив дисперсного складу пилу в газі (визначається по даним, приведеним нижче);

с4 - коефіцієнт, що враховує вплив температури газу (визначається по даним, приведеним нижче);

с5 - коефіцієнт, що враховує вимоги до якості очищення.

Значення нормативного питомого газового навантаження (qH в м3/(м2∙мин) для різних матеріалів приведені нижче:

Чн =3>5:

комбикорм, мука, зерноопилки, жмыховая смесь, пыль кожи, табак, картонная пыль, поливинилхлорид после распь шительной сушилки;

-, --

Ч

асбест, волокнис териалы, пыль п] форм, гипс, извс полировки, соль, руйных аппарате ванная сода;

„=2,6

тые целлюлозные мази выбивке отливок из ;сть гашеная, пыль от песок, пыль пескост->в, тальк, кальциниро-

глинозем, цемент, кера­мические красители, уголь, плавиковый шпат, резина, каолин, известняк, сахар, пыль горных пород;

КОКС, Л(

таллопо металло красите] крахмал химика! рья;

Чн=\1 зтучая зола, ме-рошки, окислы в, пластмассы, 1и, силикаты, , смолы сухие, ы из нефтесы-

Чн=\1 активированный уголь, технический углерод, моющие средства, порошковое молоко, возгоны цветных и черных ме­таллов.

Для коефіцієнта, що враховує вплив особливостей регенерації фільтрувальних елементів, як базовий варіант приймається фільтр з імпульсним продуванням стислим повітрям з рукавами з тканини Для цього апарату коефіцієнт сх = 1. При використанні рукавів з нетканих матеріалів значення коефіцієнта може збільшуватися на 5...10%. Для фільтрів з регенерацією шляхом зворотного продування і одночасного струшування або похитування рукавів приймається коефіцієнт сх - 0,70...0,85. Менше значення приймається для щільнішої тканини. При регенерації шляхом тільки зворотного продування сх = 0,55...0,70.

У теорії фільтрації прийнято оперувати з величиною, зворотної за сенсом ефективності очищення – проскакуванням. У практиці проектування установок фільтрації ступінь очищення не обчислюють, а приймають за інформацією, що приводиться в каталогах заводів-виготовачів. Цю величину також слід розглядати як оцінну. При експлуатації фільтру величина проскакування не залишається постійною в часі. У циклі між регенераціями проскакування падає від максимального до мінімального значення у міру накопичення пилу на фільтрі. В цілому за період експлуатації тканинного фільтру проскакування тривалий час (декілька тисяч циклів) знижується внаслідок збільшення залишкової запиленої тканини, а потім, протримавшись якийсь час на мінімальному рівні, починає рости унаслідок зносу матеріалу.

Концентрація пилу (коефіцієнт сг) позначається на тривалості циклу фільтрування. При збільшенні концентрації збільшується частота регенерації і питоме навантаження повинно знижуватися. Проте залежність питомого навантаження від концентрації пилу не є лінійною функцією. Найпомітніше зміна концентрації проявляє себе в інтервалі концентрацій 1...30 г/м (див. рис. 5.8). При вищих значеннях посилюється вплив коагуляції частинок пилу, і частина її у вигляді агломератів падає в бункер до її осадження на фільтрувальних елементах.

Рис. 5.8. Залежність коефіцієнта с2 від концентрації пилу на вході у фільтр ст

Значення коефіцієнта с3, що враховує вплив дисперсного складу пилу, приведені нижче {dm - медіанний розмір частинок):

Таблиця 5.8.

Залежність коефіцієнта с3 від діаметру частинок

dm, мкм

<3

3-10

10-50

50-100

>100

0,7-0,9

0,9

1,0

1Д

1,2-1,4

Значення коефіцієнта с4, що враховує вплив температури газу, приведені нижче:

Таблиця 5.9.

Залежність коефіцієнта с4 від температури газу

t,°C

20

40

60

80

100

120

140

160

с4

1

0,9

0,84

0,78

0,75

0,73

0,72

0,70

Коефіцієнт с5, що враховує вимоги до якості очищення, оцінюється по концентрації пилу в очищеному газі. При концентрації пилу в газах, що відходять, 30 міліграм/м с5 = 1, а при 10 міліграмі/м - с5 = 0,95.

Енергетичні витрати і ефективність процесу очищення безпосередньо залежать від опору, що створюється шаром, що фільтрує, тобто тканиною і автошаром (шаром пилу, що осів на тканині в процесі фільтрації). Складову опору, залежну від структури тканини, називають залишковим опором тканині, припускаючи, що в порах тканини після регенерації залишається певна (так зване "рівноважне") кількість пилу. Проте на величину залишку окрім способу регенерації впливає безліч інших причин. Тому залишковий опір після регенерацій може змінюватися в достатньо широких межах.

При підборі рукавних фільтрів важливою є оцінка очікуваного гідравлічного опору, що визначає енергетичні витрати на фільтрування. Гідравлічний опір фільтру в Па складається з опору корпусу Арк і опору фільтрувальної перегородки АРП.

Арф=арк+арп. (5.4)

Гідравлічний опір корпусу апарату визначається величиной місцевих опорів, що виникають на вході в апарат і виході з нього і при роздачі потоку по фільтрувальних елементах. У загальному вигляді гідравлічний опір може бути оцінене коефіцієнтом опору корпусу апарату, віднесеним до швидкості газу у вхідному патрубку.

&=дЈ7оЈа)> (5-5)

де vm - швидкість газу у вхідному патрубку, м/с.

Величина %к при конструюванні фільтрів зазвичай приймається рівною 1,5... 2,0.

Гідравлічний опір фільтрувальної перегородки включає втрати натиску за рахунок самої перегородки (АРП’) і втрати за рахунок тієї, що осіла на перегородку пилу (Арп*):

арп=ар;+ар:. (5.6)

Величину АРП’ (у Па) зручно обчислювати по виразу:

AP; = KnMw" (5.7)

де Кп - коефіцієнт, що характеризує опір фільтрувальної перегородки, м"1; ц - динамічна в’язкість газу, Па-с; w - швидкість фільтрування, м/с; п - показник ступеня, залежний від режиму перебігу газу крізь перегородку (для ламинарного режиму п = 1, для турбулентного п > 1).

Коефіцієнт Кп залежить від товщини і проникності фільтрувальної перегородки, кількості пилу, що залишився на перегородці після регенерації, властивостей пилу. Тому цей коефіцієнт визначають експериментально. Наприклад, для фільтрувальних тканин з лавсану, що уловлюють цементний або кварцевий пил з медіанним діаметром в межах 10...20 мкм, Кп = (П00...1500)-106 м-1, для тих же матеріалів при уловлюванні перегонів від сталеплавильних дугових печей з медіанним діаметром частинок 2,5...3,0 мкм Кп = (2300...2400)-106 м"1. Для щільніших тканин (лавсан, склотканина) на тому ж пилі коефіцієнт Кп збільшується в 1,2... 1,3 разу.

При уловлюванні пилу з медіанним розміром частинок менше 1 мкм коефіцієнт Кп збільшується у декілька разів і для лавсану. При уловлюванні перегонів кремнію з медіанним діаметром 0,6 мкм він складає (13000... 15 000) 106м"1.

Приведені значення коефіцієнтів не враховують можливе збільшення його у присутності вологи.

Опір в Па, викликане пилом, що осів на перегородку, розраховується по рівнянню:

AP:=^ircexw2K1 (5.8)

де т - тривалість фільтрувального циклу, з; свх - концентрація пилу на вході у фільтр, кг/м ; Кх - параметр опору шаруючи пилу, м/кг.

Величина Кх залежить від властивостей пилу і порозности шаруючи пил на перегородці. Наприклад, для цементу з медіанним діаметром частинок dM=\2...20 мкм Кх = (6,5 — 16)• 109 м/кг, для частинок кремнію dM=0,7 мкм

Кх = 330 109 м/кг, для перегонів сталеплавильної дугової печі dM =3 мкм До =80 109 м/кг.

Користуючись формулою (5.8), при відомому або заданому гідравлічному опорі шаруючи пил можна знайти тривалість фільтрувального циклу:

T = AP:/(vc(aw2K1). (5.9)

Слід мати на увазі, що загальний опір рукавних фільтрів не повинно перевищувати 2800 Па, а опір шаруючи пилу на перегородці -600...800 Па.

Орієнтовні значення коефіцієнтів очищення деяких видів викидів в рукавних фільтрах приведені в табл. 5.10.

Таблиця 5.10.

Ефективність очищення пилу в рукавних фільтрах

Процес виробництва або устаткування, що виділяє дисперсні забруднювачі

Вміст частинок менш 5 мкм, мг/м

Кінцева концентрація, %

Ступінь очищення %

Спосіб регенерації*

Питоме навантаження, м3/(м2с)

Переробка алюмінієвої руди

-

3

-

В

0,041

Мідна руда: вантаження розвантаження подрібнення

30 67 2

13 18 6

98,15 86,47 99,75

В В

0,015 0,015

Переробка залізняку:

розвантаження вагонеток вторинне і третинне дроблення транспорт тонкоиз-мельченной руди

-

3 3

4

99,69

-

-

Виробництво вапняку:

первинне подрібнення

сита первинного подрібнення транспортування

-

6 6 2

-

и и и

0,028 0,035 0,035

обдирання і молоткастий млин

вторинне подрібнення

сита вторинного подрібнення калібрувальне сито

-

2 4 1 2

99,84

В В И

в

0,012 0,011 0,026 0,010

Переробка золотої руди, регенерація на складах

12...21

7

95,88

и

0,046

Дроблення польового шпату

-

5

99,92

о

0,015

Помел каоліну: млин Раймонда валковая млин

70 70

16 7

99,65 99,60

-

-

Стеклоплавильные печи:

сода, известняк сода, свинец, боросиликат

-

11 9

72 94,80

о

в/о

0,003 0,003

Виробництво скловолокна:

боросиликатного

содоизвестковоборосиликатного

-

15 59

-

в/о в/о

0,004 0,003

Приготування опок: водяний млин млин Раймонда

92

3 2

99,71 99,96

о о

0,026 0,030

Електроплавильна пекти

40...65

2

98,67...96,67

в

0,016

Промислові котельні

-

37

93,15

о

0,025

Опалювальні котельні:

пилоподібне спалювання механічне шарове спалювання

23...65 5...60

2 4

99,92 99,80

о

в/о

0,010 0,015

Мусоросжігателі

20...65

0,7

99,86

о

0,015

Примітка: У - струшування, І - імпульсний, Про - зворотне продування.

*Р. =ЈХ/>г/2 = 2(10,52)2-0,998/2 = 110 Па і загальний гідравлічний опір фільтру

Арф =110 + 1095 = 1205 Па. =

Виходячи з витрати газу і загального опору установки Аробщ = АРС + Арф = 1300 +1205 = 2505 Па по каталогу і технічним характеристикам вибираємо вентилятор высоко-го тиску ВД-15,5 з номінальною витратою VH =60000 м /ч і Арн =3000 Па.

Визначаємо потужність електродвигуна вентилятора:

^ = ^АРо%/(3600-10007Лп) = = 50000 • 2505/(3600 1000- 0,75 • 0,92)= 50 кВт. Існує і інша методика розрахунку рукавного фільтру. Розрахунок площі поверхні, що фільтрує, проводиться в наступному порядку.

  1. З урахуванням физико-хімічних характеристик викидів, характеру виробництва, техніко-економічних і інших чинників обгрунтовують ефективність очищення газів за допомогою фільтрації, приймають тип середовища, що фільтрує, і фільтру (волокнистий, тканинний, зернистий і ін.), підбирають прийнятний матеріал волокон, тканини або гранул; для тканих і зернистих фільтрів визначають також спосіб регенерації шару, що фільтрує.

  2. По загальній витраті запилених газів V, м /с, витраті газів Vp на регенерацію, м3/с, і питомому навантаженню q м^м^с), допустимою для вибраного типу фільтру, визначають робочу площу фільтрації:

Ft=(V + Vp) /q,v?- (5.10)

Кількість газів на регенерацію Vv, приймають по технічних характеристиках вибраних фільтрів.

Значення допустимого питомого навантаження qmn (швидкості фільтрації) за відсутності досвідчених даних підбирають по рекомендаціях підприємств - виготівників, приведеним в каталогах або за іншими офіційними джерелами. Орієнтовні значення ^доп для рукавних фільтрів, складені на підставі узагальнення досвіду експлуатації в різних галузях промисловості, приведені в табл. 5.11.

Таблиця 5.11.

Допустимі питомі навантаження для рукавних фільтрів

Вид забруднювача

«Швидкість фільтрації» w, м/(м с), при способі регенерації

В, О

И

О

Сажа, біла сажа (кремнезем), перегони свинцю і цинку, конденсаційні аерозолі, пил косметичних і миючих порошків, молочний порошок, активоване вугілля, цементний пил від печей (у димових газах)

0,0075...0,01

0,0133...0,033

0,0055...0,0075

Перегони заліза і феросплавів, карбідних печей, пил цементу від млинів, глинозему, винищити, корунду, крохмалю, виробництва добрив, пластмас, ливарного виробництва

0,01...0,0125

0,025...0,042

0,0075...0,0092

Летюча зола, пил каменноугольная, тальк, пігментів, переробки рудий, вапняку, каоліну, цементу від холодильників, керамічних виробництв, від песко- і дробеструйной очищення, фрита емалей

0,0117...0,0133

0,033...0,058

0,01...0,015

Пил азбесту і дрібноволокнистих матеріалів, гіпсу, перлиту, виробництва гуми, шліфувальних процесів, куховарської солі, муки

0,0133...0,0258

0,042...0,075

Пороши виробництва комбікормів, тютюнових виробів, обробки шкіри і дерева, грубі рослинні волокна

0,015...0,033

0,042...0,1

Примітка: У - струшування, І - імпульсне продування, Про - зворотне продування.

3. Якщо регенерацію проводять з відключенням секцій, то до робочої площі фільтрації F додають величину площі фільтрації в них і знаходять загальну площу фільтру:

Feem=Ft + Fp,*?. (5.11)

Площа фільтрації додаткових секцій, відключених на регенерацію Fp, м2, можна знайти із співвідношення:

Fp=N-F;rnt^. (5.12)

де N - число секцій у фільтрі; F\ - площа фільтрації однієї секції, м; т - час відключення секцій на регенерацію, з; п - кількість регенерацій за 1 годиною За відсутності технічних даних по фільтру для регенерації зворотним продуванням або струшуванням можна оцінний приймати і = 1...10, т -2...20 с.

Для фільтрів з імпульсним і струменевим продуванням, в яких відключення секцій на регенерацію не потрібне, загальна площа поверхні фільтрації ^0бщ приймається рівною робочою F^.

4. Необхідну кількість секцій або фільтрів знаходять по співвідношенню:

N = Fo6Jf„ (5.13)

де f - площа однієї секції фільтру, м2.

Обчислене значення N округляють до цілого убік збільшення.

5. Знаходять опір фільтрувальної установки, втрати тиску в комунікаціях і виконують підбір вентилятора.