СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФИЛЬТРУЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА РУКАВНОГО ФИЛЬТРА
METHOD OF PRODUCING BAG FILTER FILTRATION ELEMENT

Изобретение относится к способу получения пустотелых фильтрующих элементов рукавного фильтра и может быть использовано при изготовлении фильтрующих элементов в различных устройствах, предназначенных для очистки от пыли высокотемпературных газов, отходящих от печей и других высокотемпературных технологических агрегатов в различных отраслях промышленности:
черной и цветной металлургии;
химической и нефтехимической;
социальной сферы (мусоросжигающие заводы).
В настоящее время рукавные фильтры используют для улавливания пыли во многих отраслях промышленности. Очистка газа осуществляется путем его фильтрации при прохождении через тканевые рукава. Тип ткани рукавов определяет температурный режим работы фильтра.
Регенерация рукавов (очистка от пыли) производится импульсом сжатого воздуха или низконапорной обратной продувкой. Для очистки ряда рукавов открывается соответствующий мембранный клапан, управляемый блоком управления, на длительность импульса менее 0,2 с. Образующийся на рукавах пыльный осадок удаляется в бункер.
Основным условием эффективной работы сухих газоочисток является правильный выбор фильтровальной ткани. Фильтровальные материалы для очистки газа в ферросплавной промышленности изготавливаются из органических синтетических волокон либо из стеклоткани.
Независимо от используемого волокна фильтровальные материалы делятся на тканые и нетканые (типа войлока). Отличие тканых от нетканых материалов заключается в способах их производства, а не в самих волокнах. При производстве тканых материалов нить переплетается на ткацких станках. Нетканые материалы изготовляют из синтетических и стеклянных волокон. Структура нетканых материалов подобна войлоку или вате. Наиболее простым нетканым материалом, который используется для производства фильтров, является «игольчатый» войлок. Пучок волокон помещается на основу, так называемый «грубый холст». Затем через этот пучок пропускаются иголки, а волокна собираются под иголкой и протягиваются через холст. Процесс установки игл повторяется до тех пор, пока весь войлочный материал не прокалывается иголками. «Иглопробивные» полотна, по сравнению с ткаными дешевле, обладают лучшими характеристиками пылеулавливания. Однако стойкость их ниже, чем у тканых материалов.
За рубежом для очистки газов от ферросплавных печей применяют стеклоткани. Рабочая температура стеклоткани - 250°С, хотя из соображений повышения стойкости фильтровальных рукавов снижается до 200-220°С. Стеклоткани характеризуются высокой химической стойкостью, намного большей, чем у синтетических тканей (кроме фторсодержащих). Прочность на разрыв стеклотканей высокая, но весьма низкая сопротивляемость трению и изгибу. При использовании стеклотканей требуется специальная конструкция подвески рукавов - на регулируемых пружинах. Регенерация стеклотканевых рукавов допускается только с обратной продувкой.
Особое положение занимают фильтровальные ткани, изготовленные с применением мембранных технологий. Наибольшим опытом в изготовлении тканей с мембранным покрытием обладают две американские фирмы, выпускающие ткани под названием "GORE-TEX" и "ВНА-ТЕХ". Из ткани "GORE-ТЕХ" шьет рукава и оснащает ими свои газоочистки фирма "Elkem".
Мембрана представляет собой микропористую мембрану PTFE с толщиной около 50 микрон, которая прикрепляется к поверхности обычных фильтровальных материалов, включая войлочные и тканные материалы.
Мембрана производится на современном оборудовании в специально созданных климатических условиях. Благодаря компьютерному и автоматическому оборудованию производство мембраны полностью контролируется, включая размер пор, распределение пор и её толщину.
Недостатком рукавов с мембранным покрытием является их высокая стоимость. Эксплуатация рукавов с мембранным покрытием должна предусматривать тщательную подготовку газа к очистке, исключающую попадание на поверхность мембраны раскаленных частичек кокса, щепы, угля. Это ограничивает их применение в металлургических агрегатах.
Важной характеристикой при выборе фильтровальной ткани является воздухопроницаемость, которая определяет пропускную способность фильтровальной установки, ее габариты и эффективность очистки.
3
2
2
3
2
Аэродинамические свойства чистых фильтровальных тканей характеризуются воздухопроницаемостью - расходом воздуха при определенном перепаде давления, обычно равном 49 Па. Воздухопроницаемость измеряется в м/(м-мин) или в л/(м-с) и численно равна скорости фильтрации при Δр-50 Па. Аэродинамическое сопротивление незапыленных тканей при рекомендуемых нагрузках по газу 0,3-2 м/(м-мин) обычно составляет 5-40 Па.
Для поддержания производительности фильтра при заданном значении перепада давления на нем ткань регенерируют путем продувки в обратном направлении, механического встряхивания или другими комбинированными методами.
На сухих газоочистках ОАО «Кузнецкие ферросплавы» применяют лавсановые (полиэстровые) рукавные фильтры. Очищаемый газ разбавляют воздухом до температуры 150°С. Газовоздушная смесь очищается от пыли в напорных рукавных фильтрах. Очищенный от пыли газ через аэрационный фонарь выбрасывается в атмосферу.
Недостаток промышленных способов получения фильтрующего элемента (рукава) заключается в низкой эксплуатационной стойкости, так как ткань вследствие частой деформации рукавов от прямого и обратного движения газа для регенерации быстро выходит из строя. Износу фильтрующего элемента (рукава) способствует низкая стойкость ткани при очистке газа с высокой (более 150°С) температурой.
Прототипы и аналоги
Известны способы изготовления фильтровальных элементов из тканевых материалов.
Нетканый фильтровальный материал для фильтровальных элементов подвергают термообработке при т-ре 100-230°С с одновременной вытяжкой на 15-45% и смещением слоев относительно друг друга в продольном направлении на 30-60° с последующей термофиксацией при 20-320° [1].
1. (Калью Ю.А., Контс Х.-О. X., Силлаотс А. А., Соловьева Т.Г. Способ изготовления нетканого фильтровального материала А.с. 1476017 СССР, МПК 4 D04Н 1/48. Тал. НПО неткан. матер. Мистра. №4224210/28-12; Заявл. 19.01.87; Опубл. 30.04.89, Бюл. №16).
Способ получения фильтровального элемента из волокнистого материала с использованием комплексной нити, состоящей из элементарных нитей одинакового размера, расположенных параллельно. Наматывают комплексную нить на вращающуюся свечу с нахлестом соседних витков друг на друга. Нахлест витков составляет около 10-30% ширины [2].
2. (Братухин А.В., Костылев А.Е. Способ получения фильтровального элемента. А.с. СССР №1018691, МПК В01D 39/16. ВНИИ синтет. Волокон №3369063/22-26; Заявл. 23.12.81; Опубл. в БИ, 1983, №19).
Основное тканое полотно фильтра изготавливают из тонких металлических или искусственных нитей. Затем размеры ячеек между нитями уменьшают путем покрытия наружной поверхности нитей электролитическим способом или напылением. Затем в местах ячеек сплетений ткани фильтра травлением с применением кислот и щелочей или электролитическим способом делаются уменьшенные микроскопические поры нужного размера [3].
3. (Способ изготовления фильтров. Verfahren zur Herstellung eines Filters mit Poren von vorbestimmter und etwa gleicher MikrogroSSe sowie nach diesem Verfahren hergestelltes Filter Заявка 3515025 ФРГ, МПК В01D 39/14, G01N 33/12. Altenburger Electronic GmbH. № P3515025.4; Заявл. 25.04.85; Опубл. 30.10.86).
2
2
Изготавливают фильтр из волокнистого холста с поверхностной плотностью 400 г/м из смеси полипропиленовых волокон. Полученный нетканый материал накладывают на термопластичный нетканый материал поверхностной плотности 70 г/м. Затем двухслойный нетканый материал подвергают термообработке и термопластичный слой расплавляется, образуя пористую структуру для фильтрования [4].
4. (Bartek Pavol Zilincik Miroslav, Mulik Milan, Sestak Jozef. Способ получения фильтровальных нетканых материалов. Filtracna textilia: 8.4.28.1.7 Пат. № 275988 ЧСФР, МПК 5 D 01 D 39/16. Vysumny Ustav Textilnej Chemie, Zilina. № 1770-89; Заявл. 22.03.89; Опубл. 22.01.92).
Изготавливают фильтровальный материал на основе хлопковой целлюлозы и порошкообразного сорбента путем размола целлюлозы, смешения с сорбентом, облива полотна, прессования и сушки. После прессования полотно пропитывают хлоридами металлов, например лития или кальция, до содержания их в полотне 5-12% от массы материала, а затем сушат до заданной величины [5].
5. (Канарский А.Б., Платицина Н.В., Тер-Оганесян Г.Ш. Способ изготовления фильтровального материала на основе хлопковой целлюлозы и порошкообразного сорбента. Пат. 2081231 Россия, МПК 6 D21Н 27/08. АО Волжск. НИИ цел.-бум. пром-сти. №94041996/12; Заявл. 22.11.94; Опубл. 10.6.97, Бюл. №16).
Известны способы изготовления фильтровальных элементов из керамических материалов.
Для изготовления керамического фильтра изготавливают реплику из смеси углеводородов парафинового ряда. В разъемную пресс-форму помещают половину расчетного количества шихты, вставляют в пресс-форму центрирующий шаблон, производят оттиск контура реплики, извлекают шаблон. Помещают реплику, загружают вторую половину расчетного количества шихты, прессуют пористый блок заданной конфигурации. Проводят сушку полученного блока и обжиг при температуре 1200-1300°С [6].
6. (Способ получения пустотелых, керамических фильтрующих элементов. RU 2208001 С1 МПК С04В 38/00, В28В 1/24. Заявка: 2002107477/03, 27.03.2002. Опубликовано: 10.07.2003. Авторы: Красный Б.Л., Кисляков А.Н. Патентообладатель: Закрытое акционерное общество Научно-технический центр «Бакор»).
Для изготовления керамического фильтра на этапе приготовления формовочной массы в нее вводят фракционированный дистен-силлиманит и сульфатно-спиртовую бражку, при общей влажности 5-6%, проводят двухстороннее прессование с наложением вибрации, осуществляют термообработку с изотермическими выдержками [7].
7. (Способ изготовления керамических фильтрующих элементов. RU 2182893 С2/ МПК С04В 35/16. С04В 38/00/ Заявка: 2000120009/03, 28.07.2000. Опубликовано: 27.05.2002. Авторы: Журавлев С.А., Красный Б.Л., Коробочкин В.Г. Патентообладатель: Закрытое акционерное общество «Научно-технический центр «Бакор»).
Для изготовления керамического фильтра на этапе подготовки пластической массы в нее вводят электрокорунд М40, бентонит и сульфатно-спиртовую бражку. Из пластичной массы прессуют две составные части пористого носителя с зеркальным отображением, сушат, обжигают при температуре плавления бентонита [8].
8. (Способ получения керамических фильтрующих элементов. RU 2204542 С1. МПК C04B 35/10, C04B 38/00, B01D 69/00, B01D 71/02. Заявка: 2001128747/03, 26.10.2001. Опубликовано: 20.05.2003. Авторы: Красный Б.Л., Журавлев С.А., Мамочкин П.П., Кисляков А.Н., Базоев Х.А. Патентообладатель; Закрытое акционерное общество Научно-технический центр «Бакор»).
Формуют литьем полые керамические фильтрующие элементы путем заполнения литейной массой гипсовой формы, набора пористой стенки и отделения избытка литейной массы, при котором образуется пустотелое пространство простейшей формы. Пустотелое пространство для придания конструктивной прочности пористого носителя заполняют гранулированной массой, высушивают и обжигают [9].
9. (DE 3641057 С 2, кл. С04В 38/00; В01D 46/10, 1998 г.).
Недостатком известных способов-аналогов изготовления фильтровальных элементов из керамических материалов является пониженная задерживающая способность фильтра по отношению к дисперсной (микронной) пыли, повышенное гидравлическое сопротивление фильтра при очистке высокотемпературного газа и пониженная эксплуатационная стойкость фильтрующего элемента рукавного фильтра вследствие забивания пор дисперсной пылью.
По технической сущности наиболее близким к предлагаемому способу получения фильтрующего элемента рукавного фильтра является способ, включающий размол компонентов, их смешивание, отлив, прессование и сушку. В процессе отлива в композицию подают насыщенную газом воду с выделенными микропузырьками газа [10].
7
10. (Васюков В.И. Способ изготовления фильтровального материала Пат. RU 2176697 МПК D21F 11/14, В01D 39/18. ОАО «Волжск. НИИ целлюл.-бум. пром-сти». №2000119646/12; Заявл. 21.07.2000; Опубл. 10.12.2001).
Недостатком способа-прототипа получения фильтрующего элемента является пониженная задерживающая способность фильтра по отношению к дисперсной (микронной) пыли, повышенное гидравлическое сопротивление фильтра при очистке высокотемпературного газа и пониженная эксплуатационная стойкость фильтрующего элемента рукавного фильтра вследствие плотного забивания пор дисперсной пылью.
Задача изобретения - повышение задерживающей способности фильтра по отношению к дисперсной (микронной) пыли, снижение гидравлического сопротивления фильтра при очистке высокотемпературного газа и повышение эксплуатационной стойкости фильтрующего элемента рукавного фильтра.
Поставленную задачу решают тем, что при изготовлении фильтрующего элемента рукавного фильтра осуществляют следующие операции.
3
3
Муллитокремнеземистый войлок формуют в виде пластины и уплотняют до плотности 0,7-0,8 г/см, затем формуют фильтрующий элемент, который прессуют до плотности 0,9-1,0 г/см, далее фильтрующий элемент насыщают водным раствором неорганического клея (например, жидкого стекла, кремнезоля и т.п.) и продувают воздухом до остаточной влажности 20-30%, а после сушки воздухом нагревают до 500-1000°С со скоростью 50-100°С в час.
Сущность изобретения заключается в том, что исходный материал уплотняют и насыщают раствором неорганического клея, а затем потоком воздуха удаляют основную часть раствора из материала. Оставленная часть раствора в местах сопряжения отдельных волокон материала при последующем прокаливании образует прочный газопроницаемый каркас фильтрующего элемента.
3
Если муллитокремнеземистый войлок, сформованный в виде пластины, уплотняют до плотности менее 0,7 г/см, то слишком рыхлая заготовка приведет к снижению прочности фильтра и получению крупных сквозных пор. При этом снижается эффективность улавливания дисперсной пыли.
3
Если муллитокремнеземистый войлок уплотняют до плотности более 0,8 г/см, то это затруднит формовку фильтрующего элемента.
3
Если муллитокремнеземистый войлок прессуют до плотности менее 0,9 г/см, то фильтрующий элемент снижает способность улавливать дисперсную пыль.
3
Если муллитокремнеземистый войлок прессуют до плотности более 1,0 г/см, то снижается скорость прохождения газа и пропускная способность фильтрующего элемента.
Насыщение водным раствором неорганического клея (жидкого стекла или кремнезоля и т.п.) фильтрующего элемента позволяет доставить раствор до всех волокон муллитокремнеземистого войлока.
При продувке воздухом удаляют раствор до остаточной влажности 20-30%, которой достаточно для сохранения раствора в контактных местах отдельных волокон муллитокремнеземистого войлока. Наряду с этим такая влажность позволяет извлекать изделие из пресса без деформации.
Увеличение содержания в фильтровальном материале пропитывающих веществ более 30% не дает улучшения задерживающей способности, но приводит к снижению пористости и увеличению гидравлического сопротивления фильтрующего элемента.
Если после сушки воздухом изделие нагревают до температуры менее 500°С со скоростью ниже 50°С в час, то фильтрующий элемент имеет пониженную прочность и в процессе работы с высокотемпературным газом фильтр разрушается.
Если нагревают до температуры более 1000°С со скоростью более 100°С в час, то это приводит к неоправданным потерям тепла при производстве фильтрующего элемента, а также к химическому взаимодействию пропиточного состава с материалом волокна, что снижает активную пористость.
Приведенная выше обработка исходного материала (муллитокремнеземистого войлока) в процессе получения фильтрующего элемента рукавного фильтра повышает задерживающую способность фильтра по отношению к дисперсной пыли, снижает гидравлическое сопротивление фильтра при очистке высокотемпературного газа и повышает эксплуатационную стойкость фильтрующего элемента рукавного фильтра.
Осуществление способа получения фильтрующего элемента
Осуществление способа получения фильтрующего элемента рукавного фильтра выполнено на промышленном участке ЗАО «Синтез-Плюс».
На участке для получения фильтрующего элемента рукавного фильтра выполнили следующие операции.
3
3
3
Муллитокремнеземистый войлок марки МКРВ-200, соответствующий ГОСТ 23619-79 «Материалы и изделия огнеупорные теплоизоляционные огнеупорные муллитокремнеземистые стекловолокнистые», с кажущейся плотностью 0,2 г/см формовали в виде пластины, заданного размера и пластину уплотняли до плотности 0,7-0,8 г/см прокаткой валком. Затем из пластины формовали в прессформе фильтрующий элемент в виде трубы и прессовали внутренним гидравлическим элементом до плотности 0,9-1,0 г/см.
Полученный фильтрующий элемент насыщали водным раствором неорганического клея, в частности жидким стеклом, соответствующим ГОСТ 13078-81 «Стекло натриевое жидкое» под давлением и затем продували сжатым воздухом до остаточной влажности 20-30%.
После сушки до воздушно-сухого состояния фильтрующий элемент нагревали в печи с контролем температуры до 500-1000°С со скоростью нагрева 50-100°С в час.
Полученный фильтрующий элемент рукавного фильтра представляет прочный пустотелый цилиндр с наружным диаметром 150 мм, длиной 1500 мм, и толщиной стенки 10-16 мм.
Образцы фильтрующего элемента испытывали по общепринятым методикам на фильтрующие показатели.
Фильтрующий элемент рукавного фильтра соответствует нормам, приведенным в таблице 1.
Таблица 1
Основные показатели фильтрующего элемента рукавного фильтра
Наименование показателя
Норма
Предел прочности при разрыве не менее, кг/см<sup>2</sup>
1,5
Воздухопроницаемость фильтра не менее, м<sup>3</sup>/м<sup>2</sup> в мин
4
Трещиностойкость при нагревании (до 500°С) и охлаждении до (20°С) со скоростью 30°С в мин, теплосмен, не менее
100
Эллипсность - не более, мм
2
Скошенность торцевых плоскостей, не более, мм
1
Кривизна (стрела прогиба), не более, мм
3
Отбитость кромок торцевых плоскостей, не более, мм
3
В таблице 2 приведены результаты испытания фильтрующего элемента, полученного по способу-прототипу и по предлагаемому техническому решению.
Таблица 2
Результаты испытания фильтрующего элемента
Показатель
Единица измерения
Вид фильтрующего элемента
Прототип
Полученный по предлагаемому способу
Толщина фильтрующей стенки
Мм
10-16
10-16
Эксплуатационная стойкость
Месяц
1
12
Задерживающая способность
%
90
99,8
Воздухопроницаемость
м<sup>3</sup>/м<sup>2</sup> в мин
1,2
4,5
Примечание. Фильтры имеют одинаковую геометрическую форму, объемные и геометрические характеристики.
Из таблицы следует, что увеличена задерживающая способность фильтра, изготовленного по предлагаемому способу, по отношению к пыли на 9,8% при снижении гидравлического сопротивления при фильтровании высокотемпературного газа и повышена в 12 раз эксплуатационная стойкость фильтрующего элемента рукавного фильтра.
Выполненные сравнительные испытания показали, что применение способа получения фильтрующего элемента рукавного фильтра в сравнении с известным способом-прототипом повышает производительность установки в 2-2,5 раза.
Таким образом, в предложенном техническом решении достигают поставленный технический результат.
Проведенные испытания подтверждают возможность промышленного использования способа получения фильтрующего элемента рукавного фильтра.
Достоинства способа получения фильтрующего элемента:
субмикронные частицы улавливается без нанесения мембранного покрытия;
мощность системы газоочистки может быть увеличена;
фильтрующий элемент не требуют частой очистки, срок эксплуатации фильтрующего элемента увеличивается;
снижается расход сжатого воздуха для регенерации;
пыль не прилипает на фильтрующий элемент, он не поглощает воду, позволяя легко освобождаться от накопившейся пыли при регенерации.
Фильтровальные рукава могут работать при высокой температуре таза (до 1100°С) с высокой удельной пылегазовой нагрузкой, создавая небольшой перепад давления на фильтре. Это даёт возможность длительный срок эксплуатировать фильтры без замены и уменьшать размеры фильтровальной установки. При равных условиях эксплуатации фильтры способны пропустить в два раза больший газовый поток, чем стеклотканевые фильтры.
Источники информации
1. (Калью Ю.А., Контс Х.-О.X., Силлаотс А.А., Соловьева Т.Г. Способ изготовления нетканого фильтровального материала А.с. 1476017 СССР, МПК 4 D04Н 1/48. Тал. НПО неткан. матер. Мистра. №4224210/28-12; Заявл. 19.01.87; Опубл. 30.04.89,Бюл. №16).
2. (Братухин А.В., Костылев А.Е. Способ получения фильтровального элемента. А.с. СССР №1018691, МПК В01D 39/16. ВНИИ синтет. Волокон №3369063/22-26; Заявл. 23.12.81; Опубл. в БИ, 1983, №19).
3. (Способ изготовления фильтров. Verfahren zur Herstellung eines Filters mit Poren von vorbestimmter und etwa gleicher MikrogroSSe sowie nach diesem Verfahren hergestelltes Filter Заявка 3515025 ФРГ, МПК В01D 39/14, G 01N 33/12. Altenburger Electronic GmbH. № P3515025.4; Заявл. 25.04.85; Опубл. 30.10.86).
4. (Bartek Pavol Zilincik Miroslav, Mulik Milan, Sestak Jozef Способ получения фильтровальных нетканых материалов. Filtracna textilia: 8.4.28.1.7 Пат. №275988 ЧСФР, МПК 5 D 01 D 39/16. Vysumny Ustav Textilnej Chemie, Zilina. №1770-89; Заявл. 22.03.89; Опубл. 22.01.92).
5. (Канарский А.Б., Платицина Н.В., Тер-Оганесян Г.Щ. Способ изготовления фильтровального материала на основе хлопковой целлюлозы и порошкообразного сорбента. Пат. 2081231 Россия, МПК 6 D21Н 27/08. АО Волжск. НИИ цел.-бум. пром-сти. №94041996/12; Заявл. 22.11.94; Опубл. 10.6.97, Бюл. №16).
6. (Способ получения пустотелых, керамических фильтрующих элементов. RU 2208001 С1 МПК С04В 38/00, В28В 1/24. Заявка: 2002107477/03, 27.03.2002. Опубликовано: 10.07.2003. Авторы: Красный Б.Л., Кисляков А.Н. Патентообладатель: Закрытое акционерное общество Научно-технический центр «Бакор»).
7. (Способ изготовления керамических фильтрующих элементов. RU 2182893 С2/ МПК С04В 35/16. С04В 38/00/ Заявка: 2000120009/03, 28.07.2000. Опубликовано: 27.05.2002. Авторы: Журавлев С.А., Красный Б.Л., Коробочкин В.Г. Патентообладатель: Закрытое акционерное общество Научно-технический центр «Бакор»).
8. (Способ получения керамических фильтрующих элементов. RU 2204542 С1. МПК C04B 35/10, C04B 38/00, B01D 69/00, B01D 71/02. Заявка: 2001128747/03, 26.10.2001. Опубликовано: 20.05.2003. Авторы: Красный Б.Л., Журавлев С.А., Мамочкин П.П., Кисляков А.Н., Базоев Х.А. Патентообладатель: Закрытое акционерное общество Научно-технический центр «Бакор»).
9. (DE 3641057 С2, кл. С04В 38/00; В01D 46/10, 1998 г.).
7
10. (Васюков В.И. Способ изготовления фильтровального материала Пат. RU 2176697 МПК D21F 11/14, В01D 39/18. ОАО «Волжск. НИИ целлюл.-бум. пром-сти». №2000119646/12; Заявл. 21.07.2000; Опубл. 10.12.2001).