Вихрові пиловловлювачі

Вихрові пилоосаджувачі вибирають виходячи з витрат запиленого газу, за яким можливо розрахувати діаметр апарату:

 

, (6.32)

 

де V_г – об’ємна витрата запиленого газу, м³/с; ν_г – швидкість газу в робочій зоні пиловловлювача, м/с (вибирається в межах 5-
12 м/с).

Критичний діаметр часток, які повністю осаджуються у пиловловлювачі, може бути розрахований за однією з залежностей:

(6.33)

(6.34)

де Н – висота пилоосаджувальної камери, м; D_Тр – діаметр патрубка для підводу запиленого газу, м; w – кутова швидкість газового потоку в апараті, с^-1; s – число обертів потоку газу в пиловловлювачі; – час перебування газу в ядрі потоку, с; R – радіус ядра потоку, який приймається рівним радіусу вводу первинного потоку, м; V₁, V₂ – об’ємні витрати первинного і вторинного потоків газу, м³/с.

Ефективність пиловловлювання (у %) є основним критерієм, за яким оцінюється робота вихрового пиловловлювача, і визначається як відношення кількості вловленого пилу до загальної кількості пилу, який надходить в апарат:

. (6.35)

Оскільки запилений газ в пиловловлювач може подаватися двома потоками – через верхній і нижній патрубки, то загальна ефективність очищення визначається в залежності від розподілення потоків по вводу:

 

, (6.36)

 

де ε₁, ε₂ – ефективність пиловловлення в первинному і вторинному потоках газу.

Величини ε₁ і ε₂ (в %) можуть бути розраховані за залежностями:

 

, (6.37)

(6.38)

де D_1n – діаметр вводу первинного потоку, м; D_вт – діаметр втулки аксіального завихрювача, м; r_1i, r_2i – радіус, по якому частки входять в апарат з потоком газу, м. D_а – діаметр аппарату, м; D_2n – внутрішній діаметр вторинного потоку, м.

Гідравлічний опір вихрових пиловлювачів розраховують за залежністю, аналогічною тій, що використовується для розрахунку циклонів:

 

, (6.39)

де ν_г – швидкість газу в робочій зоні апарату, м/с; ξ_пу – коефіцієнт гідравлічного опору, який розраховано за швидкості ν_г.

Приклад 7. Визначити конструкційні розміри, гідравлічний опір і ефективність очищення пилу в вихровому пиловловлювачі при наступних початкових даних:

Потужність по запиленому газу, м3/год	2 400
Швидкість повітря в робочій зоні апарату, м/с	до 10
Температура повітря, яке поступає на очищення, ºС
Густина частки, кг/м3
Початкова запиленість повітря, кг/кг	0,0167
Тиск в апараті, МПа	0,1

 

Дисперсний склад пилу:

 

dt,мкм	0-5	5-10	10-30	30-50
ΔR, %

 

Визначаємо геометричні розміри апарату. Діаметр вихрового пиловловлювача

 

м.

Приймаємо діаметр апарату D=0,3 м.

 

Дійсна швидкість газу в апараті:

 

м/с.

 

Визначаємо значення коефіцієнтів χ₁ і χ₂, задаючись коефіцієнтом α=F₂/F₁=2 і коефіцієнтом γ=ν₁, ν₁=0,5 (де F₂, F₁ – прохідний перетин патрубку верхнього і нижнього потоків, ν₁ – швидкість газу у верхньому патрубку):

 

Діаметр вводу нижнього потоку:

 

м.

 

Діаметр патрубку виводу очищеного повітря:

 

м.

 

Висота робочої зони апарату:

 

м.

 

Приймаємо Н_р.з.=1 м.

Діаметр відбійної шайби

 

м.

 

Площа вводу верхнього і нижнього потоків:

 

м²,

м².

 

Фактичне співвідношення величини α:

 

.

 

Оскільки для промислових апаратів значення α повинно бути в межах 2-4, то корекцію геометричних розмірів апаратів проводити не слід.

Діаметр витиснювача:

 

м.

Лопатки завихрювачів нижнього і верхнього потоків рекомендується встановлювати під кутом β=30º до горизонту.

Розрахуємо втрати тиску в апараті.

Конструктивний параметр інтенсивності кручення потоку:

 

.

 

Коефіцієнт гідравлічного опору нижнього потоку:

 

Коефіцієнт гідравлічного опору верхнього потоку

 

.

 

Загальний коефіцієнт гідравлічного опору:

 

Гідравлічний опір апарату

 

Па.

 

Розрахуємо ефективність пиловловлювання.

Площу введення нижнього потоку розбиваємо на кільцеві ділянки з радіусами r_1i= 0,02; 0,035; 0,055.

Значення емпіричних коефіцієнтів а і b, що характеризують аеродинаміку апарату:

 

Радіус розділення потоків:

м.

 

Розрахуємо поправочний коефіцієнт для визначення мінімального діаметру уловлюваних частинок для r_1i=0,015 м:

 

 

Розрахуємо мінімальний діаметр уловлюваних частинок, що вилітають з радіусу r_1i=0,015 м

 

Аналогічно розраховуємо К_1і і d_1i для радіусів: r_1i= 0,02 м; r_1i = 0,035 м; r_1i = 0,055 м.

Розраховуємо фракційну ефективність вловлювання частинок, що поступають в пиловловлювач з нижнім потоком і що вилітають з радіусу r_1i=0,015 м:

 

.

 

Аналогічно проводимо розрахунок для радіусів г₁₂ = 0,02 м;
г₁₃ = 0,035 м; г₁₄ = 0,055 м.

Результати розрахунків представлені нижче:

 

r1i, м	К1і, м	D1i, м	εфi %
0,015 0,02 0,035 0,055	6,9410-3 5,68-10-3 3,43-10-3 1,18-10-3	2,94-10-6 2,18-10-6 1,47-10-6 1,3-10-6	94,8 70,4 17,0

 

Визначаємо поправочний коефіцієнт для розрахунку мінімального діаметру вловлюваних частинок. Введення верхнього потоку розбиваємо на кільцеві ділянки з радіусами r_2i = 0,11; 0,12, 0,13, 0,14.

Для r_2i = 0,11:

 

Розраховуємо мінімальний діаметр вловлюваних частинок, що вилітають з радіусу r_2i=0,11 м:

 

Аналогічно розраховуємо значення К_2ш і d_2i для радіусів r_2i = 0,12; 0,13; 0,14.

Визначаємо фракційну ефективність пиловловлювання часток, що поступають в пиловловлювач з верхнім потоком для r_1i=0,11 м:

 

.

 

Аналогічно розраховуємо ефективність пиловловлювання часток, що вилітають з радіусів r_2i=0,12; 0,13; 0,14 м. Результати розрахунків представлені нижче:

r2i, м	К2і, м	D2i,, м	εф1і %
0,11 0,12 0,13 0,14	2,39-10-2 2,28-10-2 2,0-10-2 1,5510-2	3,2-10-6 2,810-6 1,9410-6 1,8010-6	77,9 53,9 27,9

Аналіз отриманих даних показує, що частинки розміром більше 3,2∙10^{-6 м повністю уловлюються в пиловловлювачі. З метою визна­чення загальної ефективності пиловловлювання наведемо додатковий аналіз фракції 0-5 мкм. Розподіл виглядає таким чином: 0-2 мкм – 3 %, 2-4 мкм – 3 %, 4-5 мкм – 7 %.}

Загальна ефективність пиловловлювання апарату:

– для нижнього потоку

 

;

 

- для верхнього потоку

;

 

- загальна ефективність

 

.

6.4 Розрахунок і вибір газових фільтрів

 

Технологічні розрахунки фільтрів зводяться до визначення площі фільтрувальної перетинки, гідравлічного опору фільтру­вальної перетинки і апарату в цілому, частоти і тривалості циклів регенерації фільтрувальних елементів.

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

- характеристику газів на вході у фільтр: середні об`ємні витрати газів, що очищаються, в робочих і нормальних умовах, склад газів і їх вибухонебезпека, температура і тиск, допустимість підсмоктування, вміст вологи, точка роси;

- властивості пилу: тип пилу (за механізмом утворення), розпо­ділення часток за розмірами, середня і максимальна масові кон­центрації, вміст токсичних речовин, хімічний склад пилу, його гігроскопічність і розчинність у воді, схильність до злипання, вибухонебезпека і горючість, дійсна і насипна густина, електризуємість, абразивність, гранично допустима концентрація;

- характеристику джерела виділення пилу: технологічні відомості про процес і застосоване устаткування, періодичність або безперервність процесу, місце відсмоктування запилених газів, конструкційні матеріали, які використані в технологічному устаткуванні;

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

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

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

Поверхня фільтруючого апарату, що фільтрує, визначається з виразу:

 

, (6.40)

де V_п – об'єм газу, що поступає на очищення, м³/год; V_р – об'єм газу або повітря, що витрачається на регенерацію тканини, м³/год;
q – питоме газове навантаження фільтрувальної перетинки при фільтру­ванні, м³/(м²·хв); F_р – фільтрувальна поверхня, відключається на регенерацію протягом 1 год, м².

Величину F_р слід розраховувати за залежністю:

 

, (6.41)

де N_c – число секцій у фільтрі; F_с – поверхня фільтруючої секції, що фільтрує, м²; – час регенерації секції, c; m_р – число регенерації протягом 1 год.

Для фільтрів з імпульсним продуванням у зв'язку з коротко­часністю процесу регенерації поверхні фільтру (вимикається на якийсь час регенерації) 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 м³/(м²·хв). Усередині цього діапазону вибір оптимального значення залежить від багатьох чинників, до яких насамперед відносяться властивості уловлюваного 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 [м³/(м²·хв)]:

 

, (6.42)

 

де q_н – нормативне питоме навантаження, залежне від виду пилу і його схильності до агломерації (визначається за даними, наведеними нижче); с₁ – коефіцієнт, що характеризує особливість регенерації фільтрувальних елементів; с₂ – коефіцієнт, що враховує вплив концентрації пилу на питоме газове навантаження (визначається за рис. 6.2); с₃ – коефіцієнт, що враховує вплив дисперсного складу пилу в газі (визначається за даними, наведеними нижче); с₄ – коефіцієнт, що враховує вплив температури газу (визначається за даними, наведеними нижче); с₅ – коефіцієнт, що враховує вимоги до якості очищення.

Для коефіцієнту, що враховує вплив особливостей регенерації фільтрувальних елементів, як базовий варіант приймається фільтр з імпульсним продуванням стисненим повітрям з тканинними рукавами. Для цього апарату коефіцієнт с₁= 1. При використанні рукавів із нетканих матеріалів значення коефіцієнту може збільшуватися на 5-10%. Для фільтрів з регенерацією шляхом зворотного продування і одночасного струшування або похитування рукавів приймається коефіцієнт с₁ = 0,70-0,85. Меншого значення набуває для щільнішої тканини. При регенерації шляхом тільки зворотного продування с₁ = 0,55-0,70.

 

 

Значення нормативного питомого газового навантаження
(q_н в м/(м∙хв) для різних матеріалів наведені нижче:

 

qн = 3,5 комбікорм, мука, зерно, жмихова суміш, пил шкіри, тирса, тютюн, картонний пил, полівінілхлорид після розпилювальної сушарки;	qн = 2,6 азбест, волокнисті целюлозні матеріали, пил при вибивці відливів з форм, гіпс, вапно гашене, пил від поліровки, сіль, пісок, пил піскоструйних апаратів, тальк, кальцинована сода
qн = 2,0 глинозем, цемент, керамічні фарбники, вугілля, плавиковий шпат, гума, каолін, вапняк, цукор, пил гірських порід;	qн =1,7 кокс, летючий попіл, металопорошки, оксиди металів, пластмаси, фарбники, силікати, крохмаль, смоли сухі, хімікати з нафто­сировини;	qн=3,5 активоване вугілля, технічний вуглець, миючі засоби, порошкове молоко, перегони кольорових і чорних металів.

 

У теорії фільтрації прийнято оперувати величиною, зворотною за значенням ефективності очищення – проскокуванням. У практиці проектування фільтраційних установок ступінь очищення не обчислюють, а приймають за інформацією, наведеною в каталогах заводів-виробників. Цю величину також слід розглядати як оціночну. При експлуатації фільтру величина проскокування не залишається постійною в часі. У циклі між регенераціями проскокування падає від максимального до мінімального значення у міру накопичення пилу на фільтрі. В цілому за період експлуатації тканинного фільтру проскокування тривалий час (декілька тисяч циклів) знижується внаслідок збільшення залишкової запиленості тканини, а потім, протримавшись якийсь час на міні­мальному рівні, починає рости внаслідок зносу матеріалу.

Концентрація пилу (коефіцієнт с₂) 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/м³ (див. рис. 6.2). При вищих значеннях по­силюється вплив коагуляції часток пилу, і частина його у вигляді агломератів падає в бункер до його осадження на фільтрувальних елементах.

 

Рисунок 6.2 – залежність коефіцієнту с₂ від концентрації пилу на вході в фільтр с_вх

 

Значення коефіцієнту с₃, що враховує вплив дисперсного складу пилу, наведені нижче (d_т – медіанний розмір часток):

 

Таблиця 6.8 – Залежність коефіцієнту с₃ від діаметру часток

 

dт, мкм	<3	3-10	10-50	50-100	>100
c3	0,7-0,9	0,9	1,0	1,1	1,2-1,4

 

Значення коефіцієнту с₄, що враховує вплив температури газу, наведені в таблиці 6.9.

 

Таблиця 6.9 – Залежність коефіцієнту с₄ від температури газу

 

t, °С
с4		0,9	0,84	0,78	0,75	0,73	0,72	0,70

 

Коефіцієнт с₅, що враховує вимоги до якості очищення, оці­нюється за концентрацією пилу в очищеному газі. При концентрації пилу у відхідних газах 30 мг/м³ с₅ = 1, а при 10 мг/м³ - с₅ = 0,95.

Енергетичні витрати і ефективність процесу очищення безпосередньо залежать від опору, що створюється фільтрувальним шаром, тобто тканиною і автошаром (шаром пилу, що осів на тканині в процесі фільтрації). Складову опору, яка залежить від структури тканини, називають залишковим опором тканини, припускаючи, що в порах тканини після регенерації залишається певна (так звана "рівноважна") кількість пилу. Проте на величину залишку окрім способу регенерації впливає безліч інших факторів. Тому залишковий опір після регенерації 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 ΔР_к і опору фільтрувальної перетинки ΔР_п:

 

. (6.43)

 

Гідравлічний опір корпусу апарату визначається величиною 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 оцінений коефіцієнтом опору корпусу апарату, віднесеним до швидкості газу у вхідному патрубку:

, (6.44)

де ν_вх – швидкість газу у вхідному патрубку, м/с.

 

Величина ξ_к при конструюванні фільтрів зазвичай приймається рівною 1,5-2,0.

Гідравлічний опір фільтрувальної перетинки включає втрати напору за рахунок самої перетинки () і втрати за рахунок пилу, що осів на перегородку ():

. (6.45)

 

Величину (в Па) зручно обчислювати за виразом:

, (6.46)

де К_п – коефіцієнт, що характеризує опір фільтрувальної перетинки, м^-1; μ – динамічна в'язкість газу, Па·с; w – швидкість фільтрування, м/с; n – показник ступеня, залежний від режиму проходження газу крізь перегородку (для ламінарного режиму n = 1, для турбулентного n> 1).

Коефіцієнт К_п залежить від товщини і проникності фільтрувальної перетинки, 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, К_п = (1100-1500)·10⁶ м^-1, для тих же матеріалів при вловлюванні перегонів від сталеплавильних дугових печей з медіанним діаметром частинок 2,5-3,0 мкм К_п = (2300-2400)·10⁶ м^-1. Для щільніших тканин (лавсан, склотканина) і того ж пилу коефіцієнт К_п збільшується в 1,2–1,3 рази.

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

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

Опір в Па, викликаний пилом, що осів на перегородку, розраховується за рівнянням:

 

, (6.47)

де τ – тривалість фільтрувального циклу, с; c_вх – концентрація пилу на вході у фільтр, кг/м³; К₁ – параметр опору шару пилу, м/кг.

 

Величина K_l залежить від властивостей пилу і пористості шару пилу на перегородці. Наприклад, для цементу з медіанним діаметром частинок d_м = 12-20 мкм K_l = (6,5-16)∙10⁹ м/кг, для частинок кремнію d_м = 0,7 мкм K₁ = 330·10⁹ м/кг, для перегонів сталеплавильної дугової печі d_м= 3 мкм K₁ = 80·10⁹ м/кг.

Користуючись цією формулою, при відомому або заданому гідравлічному опорі шару пилу можна знайти тривалість фільтрувального циклу:

. (6.48)

 

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

Орієнтовні значення коефіцієнтів очищення деяких видів викидів в рукавних фільтрах наведені в табл. 6.10.

 

Таблиця 6.10 – Ефективність очищення пилу в рукавних фільтрах

 

Процес виробництва або устаткування, що виділяє дисперсні забруднювачі	Вміст часток менше 5 мкм, мг/м3	Кінцева концентрація, %	Ступінь очищення, %	Спосіб регенера-ціі	Питоме навантаження, м3 /(м2·с)
Переробка алюмінієвої руди	-		-	С	0,041
Мідна руда: вантаження розвантаження подрібнення			98,15 86,47 99,75	- С С	- 0,015 0,015
Переробка залізної руди: розвантаження вагонеток вторинне і третинне подрібнення транспорт подрібненої руди	-   -   -		-   -   99,69	-   -   -	-   -   -
Виробництво вапняку: первинне подрібнення сита первинного подрібнення транспортування обдирання вторинне подріб­нення сита вторин­ного подрібнення калібрувальне сито	-   - - - -   - -		-   - 99,84 - -   - -	І   І І С С   І С	0,028   0,035 0,035 0,012 0,011   0,026 0,010

Продовження таблиці 6.10

Переробка болотної руди, регенерація на складах	12-21		95,88	І	0,046
Дроблення польового шпату	-		99,92	О	0,015
Помел каоліну: млин Раймонда валковий млин			99,65 99,60	- -	- -
Склоплавильні печі: сода, вапняк сода, свинець, боросилікат	- -		94,80	О С/О	0,003 0,003
Виробництво скловолокна: боросилікатного содовапняковоборо-силікатного	-   -		-   -	В/о   С/О	0,004   0,003
Приготування опок: водяний млин млин Раймонда	- -		99,71 99,96	О О	0,026 0,030
Електроплавильні печі	40-65		98,67-96,67	С	0,016
Промислові котельні	-		93,15	О	0,025
Опалювальні котельні: пилоподібне спалювання механічне шарове спалювання	23-65   5-60		99,92   99,80	О   С/О	0,010   0,015
Сміттєспалювачі	20-65	0,7	99,86	О	0,015

Примітка: С – струшування, І – імпульсний, О – зворотне продування.

Приклад 8. Підібрати рукавний фільтр для очищення 50 000 м³/год відпрацьованого сушильного агента після сушки вапняку в барабанній сушарці. Температура сушильного відхідного агента 80°С, концентрація пилу на виході з сушарки 1,5 г/м³, густина часток 1800 кг/м³, медіанний діаметр часток пилу 3,5 мкм, вміст пилу після фільтру не повинен перевищувати 15 мг/м³. Як фільтрувальна тканина рекомендується лавсан. Крім того, підібрати вентилятор і визначити потужність електродвигуна приводу, якщо гідравлічний опір системи без фільтру складає 1300 Па, ККД вентилятора 0,75, передача до вентилятора - клиноремінна.

Визначаємо питоме газове навантаження, користуючись виразом:

 

. (6.49)

 

Приймаємо q_н = 2 м³/(м·хв), с₁ = 1, с₃= 0,9, с₄= 0,78; за графіком (рис 6.2) знаходимо с₂ = 1,1; з урахуванням вимог до якості очищення приймаємо с₅ = 0,96.

Підставивши знайдені значення коефіцієнтів у формулу, отримуємо:

 

м³/м²·хв.

 

Визначаємо поверхню фільтрування:

 

м².

 

За каталогом для наведених умов вибираємо фільтр ФРКДІ-550 з фактичною поверхнею фільтрування 550 м². Деяке зменшення поверхні допустиме до тих пір, поки не буде перевищене допустиме питоме газове навантаження для фільтрів даного типу - 1,6 м³/(м²·хв).

Визначаємо гідравлічний опір фільтрувальної перетинки:

 

. (6.50)

 

Приймаємо К_п = 2,3·10⁹·1,2 = 2,76·10⁹ м^-1, К₁ = 80·10⁹ м/кг, w = 0,015 м/с, τ = 600 c, μ= 19·10^-6 Па·с, n = 1. Підставляючи ці значення у формулу, отримуємо:

ΔPп = 2,76·10⁹ ·19·10^-6(0,015)¹ + 80·10⁹ ·19 -10^-6 ·600·1,5·10^-6·(0,015)² = 1095 Па.

 

Визначаємо гідравлічний опір фільтру в цілому:

 

. (6.51)

 

Гідравлічний опір корпусу апарату ΔР_к визначаємо, задаючись коефіцієнтом гідравлічного опору корпусу ξ_к = 2, приведеним до швидкості у вхідному патрубку:

 

м/с.

 

Тоді

Па

 

і загальний гідравлічний опір фільтру:

 

ΔР_ф = 110 +1095 = 1205 Па.

 

Виходячи з витрати газу і загального опору установки

 

ΔP_заг =ΔP_c +ΔP_ф = 1300 +1205 = 2505 Па

 

за каталогом і технічними характеристиками вибираємо вентилятор високого тиску ВД-15,5 з номінальною витратою
V_н = 60000 м³/год і ΔP_н = 3000 Па.

 

Визначаємо потужність електродвигуна вентилятора:

 

кВт.

 

Існує і інша методика розрахунку рукавного фільтру. Розрахунок площі фільтрувальної поверхні проводиться в наступному порядку.

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

2. За загальною витратою запилених газів V, м³/с, витратою газів У_р на регенерацію, м³/с, і питомим навантаженням q м³/(м²·с), допустимому для вибраного типу фільтру, визначають робочу площу фільтрації:

 

F_ф = (V + Vp)/q, м². (6.52)

 

Кількість газів на регенерацію Vр приймають за технічними характеристиками вибраних фільтрів.

Значення допустимого питомого навантаження q_доп (швидкості фільтрації) за відсутності практичних даних підбирають за рекомен­даціями підприємств - виробників, наведеними в каталогах або за іншими офіційними джерелами. Орієнтовні значення q_доп для рукавних фільтрів, складені на підставі узагальнення досвіду експлуатації в різних галузях промисловості, наведені в табл. 6.11.

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

 

, м². (6.53)

 

Площу фільтрації додаткових секцій, відключених на регенерациію F_p, м, можна знайти зі співвідношення:

 

, м², (6.54)

 

де N – число секцій у фільтрі; F₁ – площа фільтрації однієї секції, м²; τ – час відключення секцій на регенерацію, с; n – кількість регенерацій за 1 годину. За відсутності технічних даних по фільтру для регенерації зворотним продуванням або струшуванням можна оціночно приймати n = 1-10, τ= 2-20 с.

Для фільтрів з імпульсним і струменевим продуванням, в яких відключення секцій на регенерацію не потрібне, загальна площа поверхні фільтрації F_заг приймається рівною робочій F_ф.

 

Таблиця 6.11 – Допустимі питомі навантаження для рукавних фільтрів.

 

Вид забруднювача	Швидкість фільтрації w, м3/(м2·с), при способі регенерації
	С, З	І	З
Сажа, біла сажа (кремнезем) відходи 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
Відходи заліза і феро­сплавів, карбідних печей, цементний пил від млинів, пил глинозему, вапна, корунду, крохмалю, виробництва добрив, пластмас, ливарного виробництва	0,01-0,0125	0,025-0,042	0,0075-0,0092
Леткий попіл, пил кам`яно­вугільний, тальк, пил пігментів, переробки руд, вапна, каоліну, цементу від холодильників, керамічних виробництв, від піскоочи­щення, емалей	0,0117 -0,0133	0,033 -0,058	0,01-0,015
Пил азбесту і дрібно­волокнистих матеріалів, гіпсу, перлиту, виробництва гуми, шліфувальних процесів, кухонної солі, муки	0,0133-0,0258	0,042 -0,075	-
Пил виробництва комбікормів, тютюнових виробів, обробки шкіри і дерева, грубі рослинні волокна	0,015-0,033	0,042-0,1	-

Примітка: В – струшування, І – імпульсне продування, З – зворотне продування.

 

4. Необхідну кількість секцій або фільтрів знаходять за співвідношенням:

 

, (6.55)

де f₁ - площа однієї секції фільтру, м².

Обчислене значення N округляють до цілого у бік збільшення.

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

Приклад 9. Підібрати обладнання для очищення повітря від пилу. Витрати повітря V=5620 м³/год. Початковий вміст пилу с₁=100 мг/м³.

При даній концентрації пилу в повітрі можна використовувати одноступінчате очищення в рукавному фільтрі типу ФВ. Питоме повітряне навантаження на фільтрувальну тканину приймаємо згідно довідкових даних: q=120 м³/(м²·год).

Необхідну поверхню фільтру визначаємо за формулою:

 

м².

 

Приймаємо до установки фільтр ФВ-60 (поверхня фільтрувальної тканини 60 м²).

Визначаємо дійсне повітряне навантаження на фільтрувальну тканину

 

м³/(м²·год).

Приклад 10. Підібрати фільтр для очищення викидів целюлозно-паперового комбінату.

Підбір і розрахунки фільтру виконуємо в наступному порядку.

1. ґрунтуючись на заданому дисперсному складі пилу
(d₅₀ = 1,1 мкм), можна упевнено припускати, що зі всіх розглянутих раніше способів фільтрація в пористому середовищі повинна забезпечити найбільш високий ступінь очищення. Велика початкова запиленість не сприяє використанню тонковолокнистих фільтрів. В той же час відносно невисока температура оброблюваних газів, відсутність в них гострих і розжарених частинок, хімічно агре­сивних речовин дозволяє зупинитися на тканинних фільтрах. Мабуть, було б доцільно розглянути і варіант сумісного очищення від завислих часток і газових забруднювачів (сірководень, меркаптани) за допомогою сорбції в зернистих фільтрах. Проте можна заздалегідь припускати, ґрунтуючись на характеристиках гравієвих фільтрів, які серійно випускаються, що ступінь очищення в них від пилових забруднень нижче, ніж в тканинних.

За заданою температурою газів Т = 413 К підбираємо матеріал фільтру - склотканина, якому відповідають фільтри типу ФР-518, що мають посекційну регенерацію зворотним продуванням. Характе­ристики фільтру: площа фільтрувальної поверхні 518 м², кількість секцій – 6, кількість рукавів в секції – 72, діаметр рукава 127 мм, висота рукава 3 м, габарити фільтру (довжина×ширина×висота, м) 14,5×3,7×9,5. Гідравлічний опір в робочому стані 1600 Па, продук­тивність до 3,33 м³/с, питоме газове навантаження до 0,005 м³/(м²·с).

2. Загальна витрата запилених газів V = 5 м³/с. Витрату газів на регенерацію зворотнім продуванням приймемо в кількості 10% від загальної витрати оброблюваних газів.

Для конденсаційних аерозолів і регенерації зворотним продуванням значення q = 0,0055 м³/(м²·с), що достатньо близько до довідкового питомого навантаження для фільтру ФР-518. Необхідну величину робочої площі визначимо з формули:

 

F_ф = (V + Vp)/q = (5+0,5)/0,0005=1100 м².

.

Приймаємо до установки 2 фільтри ФР-650 із загальною площею фільтрації 1300 м².

3. Визначимо додаткову площу Fр секцій, що відключаються при регенерації, прийнявши τ = 5 c; n = 10:

 

F_p = 2·518·5·10/3600 = 14,4 м².

 

Загальна необхідна площа поверхні фільтрації забезпечується двома фільтрами ФР-650:

 

F_заг = 1100 +14,4 = 1115 м².

 

4. Для визначення площі фільтрації однієї секції f₁ скориста­ємося наступними конструктивними даними: кількість рукавів - 90, діаметр рукава 0,127 м, висота 3 м. Визначаючи площу фільтрації одного рукава як площу бічної поверхні циліндра з однаковим діаметром і висотою, отримаємо:

 

f₁ = 3,14·0,127·3·90 = 107,67 м².

 

Необхідне число секцій знаходимо за формулою:

 

.

 

Число секцій в 2 фільтрах ФР-650 складає 12, що перевершує необхідну величину.

5. Приймаємо максимально допустимий опір апарату 1800 Па.

При втраті тиску в газоходах до 500 Па дуттєвим пристроєм для установки може служити вентилятор типу ВДН -12,5 з подачею 7 м³/с, тиском 2580 Па і споживаною потужністю 22 кВт. Розрахунки параметрів порожнистих газопромивачів з визначенням ступеня очищення за імовірнісним методом виконують в порядку, наведеному нижче.