ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ РУКАВНОГО ФИЛЬТРА
BAG FILTER FILTRATION ELEMENT

Изобретение относится к области фильтрующих устройств, в частности к конструкции фильтрующих элементов рукавного фильтра, и может быть использовано на фильтрационных установках для фильтрации горячих (500-1200°С) газов, отходящих от высокотемпературных технологических агрегатов, в черной и цветной металлургии.
В настоящее время для улавливания пыли во многих отраслях промышленности используют рукавные фильтры, оборудованные тканевыми рукавами постоянного сечения. Тип ткани определяет эффективность работы фильтровальной установки.
Регенерация рукавов (очистка от пыли) производится импульсом сжатого воздуха или низконапорной обратной продувкой. Образующийся на рукавах пыльный осадок удаляется в бункер.
Основным условием эффективной работы сухих газоочисток является правильный выбор фильтровальной ткани. Фильтровальные рукава 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). При производстве тканых материалов нить переплетается на ткацких станках. Нетканые материалы изготовляют из синтетических и стеклянных волокон. Структура нетканых материалов подобна войлоку. Наиболее простым нетканым материалом, который используется для производства фильтров, является «игольчатый» войлок. «Иглопробивные» полотна, по сравнению с ткаными дешевле, обладают лучшими характеристиками пылеулавливания. Однако стойкость их ниже, чем у тканых материалов.
За рубежом для очистки газов, отходящих от ферросплавных печей, применяют рукава, изготовленные из стеклоткани. Рабочая температура рукавов не более 200°С. 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 рукава из ткани, изготовленной с применением мембранных технологий. Наибольшим опытом в изготовлении тканей с мембранным покрытием обладают 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 тканые материалы.
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 фильтра является воздухопроницаемость, которая определяет пропускную способность фильтровальной установки, ее габариты и эффективность очистки газа от пыли. Воздухопроницаемость фильтров определяют по формуле:
S=ΔP/V,
где S - условный показатель воздухопроницаемости;
ΔP - перепад давления на рукавном фильтре, мм вод.ст.;
V - скорость прохождения газа через фильтр, м/час.
Условный показатель воздухопроницаемости для фильтров из лавсановых тканей равен 6, из стеклоткани с мембранным покрытием типа "GORE-TEX" - 4, из стеклоткани - 8. Чем меньше величина условного показателя воздухопроницаемости, тем лучше фильтр.
На сухих газоочистках ОАО «Кузнецкие ферросплавы» газовоздушную смесь разбавляют воздухом до температуры 150°С и очищают от пыли в напорных рукавных фильтрах. Очищенный от пыли газ через аэрационный фонарь выбрасывается в атмосферу.
Таким образом, из уровня техники известен фильтрующий элемент рукавного фильтра, который изготовлен из ткани в виде рукава постоянного сечения.
Недостаток промышленных фильтрующих элементов (рукавов) постоянного сечения заключается в низкой эксплуатационной стойкости и эффективности, так как ткань вследствие частой деформации рукавов от прямого для очистки и обратного движения газа для регенерации быстро изнашивается и выходит из строя. Износу фильтрующего элемента (рукава) способствует низкая стойкость ткани при очистке газа с высокой (более 500°С) температурой.
Аналоги и прототипы
Известны фильтровальные элементы - рукава постоянного сечения.
Используют рукава, изготовленные из комплексной нити, состоящей из элементарных нитей одинакового размера, расположенных параллельно [1].
Применяют рукава, изготовленные из тонких металлических или искусственных нитей. Размеры ячеек между нитями уменьшают путем покрытия наружной поверхности нитей электролитическим способом или напылением [2].
Рукава делают из волокнистого холста. Полученный нетканый материал накладывается на термопластичный нетканый материал и оба слоя еще раз прокалывают. Затем двухслойный нетканый материал подвергают термообработке, и термопластичный слой расплавляется, образуя пористую структуру для фильтрования [3].
Используют фильтры из материала, в котором между входной и выходной сторонами в слое существует непрерывный градиент плотности при равномерном распределении волокон в поперечном сечении [4].
Изготавливают фильтровальные рукава постоянного сечения на основе композиционных материалов [5].
Недостатком известных конструкций фильтровальных элементов (аналогов) постоянного сечения является пониженная задерживающая способность фильтра при фильтровании высокотемпературного газа с дисперсными возгонами легколетучих соединений и пониженная эксплуатационная стойкость фильтрующего элемента рукавного фильтра вследствие забивания пор дисперсной пылью.
По технической сущности наиболее близким к предлагаемому фильтрующему элементу рукавного фильтра является фильтрующий элемент рукавного фильтра из материала на основе хлопковой целлюлозы и порошкообразного сорбента [6].
Недостаток известного фильтрующего элемента постоянного сечения состоит в том, что при фильтровании газа с конденсированными дисперсными возгонами легколетучих соединений снижается задерживающая способность фильтра (КПД фильтра по пыли) вследствие глубокого забивания пор. При этом повышается гидравлическое сопротивление фильтра. Ткань рукавного фильтра вследствие частой деформации от прямого и обратного движения газа при регенерации и низкой температурной стойкости быстро изнашивается и теряет фильтрующую способность.
Описание изобретения
Задача изобретения. Повышение задерживающей способности по отношению к пыли и снижение гидравлического сопротивления фильтра при фильтровании высокотемпературного (500-1200°С) газа с дисперсными возгонами легколетучих соединений.
Задача решается тем, что в основной блок фильтрующего элемента рукавного керамического фильтра герметично входит на 50% дополнительный пустотелый блок длиной 0,1-0,2 от длины основного блока с внутренним диаметром, равным 0,7-0,9 от внутреннего диаметра основного блока.
Сущность изобретения заключается в том, что предложенное устройство повышает задерживающую способность по отношению к дисперсным возгонам легколетучих соединений, увеличивает стойкость фильтра и снижает гидравлическое сопротивление фильтра при фильтровании высокотемпературного (500-1200°С) газа.
На чертеже изображен предлагаемый фильтрующий элемент рукавного фильтра.
Устройство содержит пустотелый блок 1, который выполнен из пористой керамики с внутренним диаметром D. Кроме того, устройство содержит блок 2, который выполнен из пористой керамики с внутренним диаметром d и наружным диаметром, равным внутреннему диаметру (D) блока 1.
Соединение пустотелого блока 1 с пустотелым блоком 2 выполнено герметичным соединением и круговым герметизирующим уплотнителем 3, включающим болтовую стяжку. Отношение длины блока 2 к длине блока 1 составляет 0,1-0,2. Блок 2 с входного торца по движению газа входит на 50% в полость пустотелого блока 1. Выступающая часть блока 2 служит патрубком для поступления газа и присоединения последующего фильтрующего элемента рукавного керамического фильтра. При этом из 2-10 трубчатых фильтрующих элементов формируют рукав расчетной длины.
Особенностью конструкции является то, что отношение внутреннего диаметра d пустотелого блока 2 к внутреннему диаметру D пустотелого блока 1 составляет 0,8-0,9.
Если отношение внутреннего диаметра d пустотелого блока 2 к внутреннему диаметру D пустотелого блока 1 составляет менее 0,8, то снижается пропускная способность фильтра вследствие забивания фильтрующего материала дисперсными частицами пыли.
Если отношение внутреннего диаметра d пустотелого блока 2 к внутреннему диаметру D пустотелого блока 1 составляет более 0,9, то снижается улавливающая способность фильтра по пыли.
Если отношение длины блока 2 к длине блока 1 составляет менее 0,1, то снижается эффект коагуляции дисперсных возгонов и улавливающая способность фильтра по пыли.
Если отношение длины блока 2 к длине блока 1 составляет более 0,2, то снижается фильтрующая поверхность и улавливающая способность фильтра по пыли.
Принцип действия состоит в следующем. В процессе истечения газа из блока 2 в блок 1 происходит возбуждение колебаний газа. Частицы пыли, имеющие запас кинетической энергии, попадая в область действия поля, которое представляет собой совокупность зон сжатия и разрежения газового потока, теряют ее в результате торможения и коагулируют. Под действием газового потока, проходящего через фильтр, частицы выпадают на фильтрующей поверхности блока 1. Этому способствует снижение скорости движения газа в объеме этого блока.
Расположение внутреннего элемента (блок 2) изменяет скорость и форму движения газа, интенсифицирует процесс фильтрации газа за счет укрупнения (коагуляции) частиц дисперсных возгонов легколетучих соединений. При этом происходит равномерное распределение укрупненной пыли на фильтрующей поверхности блока 1.
В результате повышается задерживающая способность по отношению к пыли и предупреждается глубокое проникновение частиц пыли в открытые поры фильтра, увеличивается стойкость фильтра и снижается гидравлическое сопротивление фильтра при фильтровании высокотемпературного газа с дисперсными частицами возгонов легколетучих соединений.
Герметичное соединение керамического блока 2 с управляемой герметизирующей круговой стяжкой 3 увеличивает соединительную связь с керамическим блоком 1. Управляемая герметизирующая стяжка (3) предотвращает утечку газа и снижение давления при отдувке пыльного осадка при регенерации фильтровальной поверхности.
Рукав керамического фильтра набирается из 2-10 фильтрующих элементов при помощи выходной части блока 2. Собранный рукав переменного сечения крепится на фильтровальной установке. На торце последнего фильтрующего элемента устанавливается заглушка для предупреждения выхода неочищенного газа в атмосферу.
В процессе работы на фильтрующей поверхности пустотелого блока 1 и блока 2 образуется твердый пылевой осадок, который удаляется в бункер фильтровальной установки обратной продувкой. Очищенный от пылевого осадка фильтрующий элемент работоспособен при последующих циклах.
В результате многократного циклического использования фильтрующего элемента в составе рукавного фильтра на фильтрующей поверхности пустотелых керамических блоков не образуется остаточный слой пылевого осадка.
При регенерации обратной продувкой внутренний элемент 2 служит ребром жесткости, увеличивающей прочность конструкции в целом.
После регенерации фильтрующий керамический элемент фильтра используется в последующих многократных цикловых условиях работы в составе рукавного фильтра без механического износа.
Осуществление фильтрующего элемента рукавного фильтра
Осуществление фильтрующего элемента рукавного фильтра выполнено на промышленном участке ЗАО «Синтез-Плюс».
На участке изготовили фильтрующий элемент рукавного фильтра переменного сечения. Для формования блоков 1 и 2 использовали пористую керамику, полученную прессованием муллитокремнеземистого войлока марки МКРВ-200, соответствующего ГОСТ 23619-79 «Материалы и изделия огнеупорные теплоизоляционные муллитокремнеземистые стекловолокнистые». Изделие пропитывали жидким минеральным связующим (жидким стеклом). Для придания сквозной пористости изделие продували воздухом, а для придания прочности спекали. Для герметичного соединения керамического блока использовали управляемую болтовым соединением герметизирующую кругововую стяжку, изготовленную из металла. Соотношение размеров фильтрующего элемента рукавного фильтра приводится в табл.1.
Таблица 1
Соотношение размеров фильтрующего элемента рукавного фильтра
Показатель
Обозначение
Минимум
Среднее
Максимум
Основной блок
мм
мм
мм
Длина
L
1000
1500
2000
Диаметр наружный
DH_ocн
150
150
150
Диаметр внутри
D
140
134
130
Толщина стенки
Н_осн
10
16
20
Дополнительный блок
Длина
I
200
200
200
Диаметр наружный
dH_доп
140
134
130
Диаметр внутри
d
126
107,5
91
Толщина стенки
h_доп
14
26,5
39
Соотношение размеров блоков
Соотношение длин
I/L
0,2
0,13
0,1
Соотношение диаметров
d/D
0,9
0,8
0,7
Основной блок фильтрующего элемента рукавного фильтра, принятый для изготовления, представляет полый цилиндр с наружным диаметром 150 мм, длиной 1500 мм и толщиной стенки 16 мм.
В основной блок с входного торца на 50% герметично введен дополнительный пустотелый блок, выполненный с профилем основного блока, длиной 0,1-0,2 от длины основного блока и с внутренним диаметром, равным 0,7-0,9 от внутреннего диаметра основного блока.
Для придания повышенной механической прочности и герметичности в месте стыка блоков на наружной поверхности основного блока установлена управляемая болтами герметизирующая стяжка.
Фильтрующий элемент рукавного фильтра, принятый для изготовления, соответствует нормам, приведенным в таблице 2.
Таблица 2
Показатели фильтрующего элемента рукавного фильтра, принятого для изготовления
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
2
Трещиностойкость при нагревании до 500 С° и охлаждении до 20 С° со скоростью 30°С в мин, теплосмен, не менее
100
В таблице 3 приведены результаты испытаний фильтрующего элемента (прототипа) и предлагаемого технического решения.
Таблица 3
Результаты испытаний фильтрующего элемента (прототипа) и предлагаемого технического решения
Показатель
Единица измерения
Прототип
Соотношение диаметров между стенками внутри блоков (d/D)
0,7
0,8
0,9
Задерживающая способность (КПД)
%
80
95
98
96
Стойкость фильтра (срок службы)
Месяц
1
5
10
8
Гидравлическое сопротивление фильтра
мм вод.ст.
100
60
55
70
Таким образом, предложенный фильтрующий элемент рукавного фильтра обладает повышенной задерживающей способностью по отношению к пыли на 15-18%, повышенной стойкостью фильтра (срок службы) в 5-10 раз, снижением гидравлического сопротивления фильтра при фильтровании высокотемпературного газа на 30-45 мм вод.ст.
Выполненные сравнительные испытания показали, что применение предлагаемого фильтрующего элемента рукавного фильтра в сравнении с известным фильтрующим элементом рукавного фильтра повышает производительность установки в 2-2,5 раза.
Проведенные испытания показывают возможность широкого использования керамического фильтрующего элемента рукавного фильтра в промышленных установках.
Таким образом, в предложенном техническом решении достигается поставленный технический результат.
Источники информации:
1. Братухин А.В., Костылев А.Е. Способ получения фильтровального элемента. А.с. 1018691 СССР, МПК B01D 39/16. ВНИИ синтет. волокон. N 3369063/22-26; заявл. 23.12.81; опубл. в БИ, N19, 1983.
2. 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 B01D 39/14, G01N 33/12. Altenburger Electronic GmbH. N P3515025.4; заявл. 25.04.85; опубл. 30.10.86.
3. 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 D01D 39/16. Vysumny Ustav Textilnej Chemie, Zilina. N 1770-89; заявл. 22.03.89; опубл. 22.01.92.
4. Tani Yatsuhiro, Ohmori Susumu, Komagata Hidaki. Фильтровальный материал. Filter and process for the production thereof: 8.4.26.1. Пат. 4983193 США, МПК 5 B01D 46/00. Toyo Koseki К. К., Nippondenso Co., Ltd. N 453220; заявл. 21.12.89; опубл. 08.01.91; приор. 12.11.80, N 55-159959 (Япония); НПК 55/487.
5. Васюков В.И. Способ изготовления фильтровального материала. Пат. 2176697 Россия, МПК 7 D21F 11/14, B01D 39/18. ОАО «Волжск. НИИ целлюл.-бум. пром-сти». N 2000119646/12; заявл. 21.07.2000; опубл. 10.12.2001. Рус.
6. Канарский А.Б., Платицина Н.В., Тер-Оганесян Г.Ш. Способ изготовления фильтровального материала на основе хлопковой целлюлозы и порошкообразного сорбента. Пат. RU №2081231, МПК D21H 27/08.