КАССЕТНЫЙ ФИЛЬТР
CARTRIDGE FILTER

Изобретение относится к фильтрации газов, в частности к конструкциям регенерируемых фильтров из объемных каркасных элементов, разделенных фильтрующим материалом, и может быть использовано для очистки технологических газов и воздуха в цветной металлургии, химической, пищевой промышленностях и промышленности строительных материалов.
Известен кассетный фильтр для очистки газа от пыли (1), содержащий корпус, систему регенерации, средства для ввода и вывода газа и расположенные в шахматном порядке ячейки чистого и грязного газов, выполненные из нескольких слоев фильтрующего материала. Каждая ячейка снабжена с одного из торцов газонепроницаемым основанием и выполнена из профильных элементов с плоскими поверхностями, сочлененных друг с другом по всем боковым поверхностям и плотно прижатых друг к другу с помощью стягивающих элементов, образуя единый блок-модуль. Конструкция многократно регенерируется, надежна в эксплуатации, обеспечивает равномерность движения потоков неочищенного и очищенного газов.
Известен кассетный фильтр для очистки газа (2), содержащий корпус с бункером для сбора пыли и твердых включений, камеры для неочищенного и очищенного газов, гофрированные фильтровальные элементы с каркасами и устройство для регенерации.
Фильтрующий элемент в сечении представляет собой ромб с зубьями по периметру и образован натянутым на каркас фильтрующим материалом. Каркас образован верхним и нижним фигурными фланцами, представляющими собой пластины в виде ромбов с зубьями по периметру, которые соединены между собой шпильками, причем шпильки в вершинах зубьев выполнены подвижными и служат для натяжения фильтровального материала и прижимают его к боковым поверхностям зубьев фланцев. Неподвижные шпильки образуют внутренний каркас, а подвижные шпильки - наружный.
Фильтровальный материал, последовательно огибая каждую шпильку, образует складки и повторяет конур фланцев. Верхний фланец фильтровального элемента выполнен с центральным отверстием, через которое выходит очищенный газ.
Конструкция также обеспечивает равномерное движение потоков неочищенного и очищенного газов и имеет достаточно высокую удельную фильтрующую поверхность, приходящуюся на единицу рабочего объема фильтра, и, следовательно, обеспечивает достаточно высокую производительность фильтра.
Известен также кассетный фильтр для очистки газа (3), содержащий корпус с бункером для сбора пыли и твердых включений и патрубками для подвода неочищенного и отвода очищенного газов, камеры неочищенного и очищенного газов, каркас, гофрированные фильтровальные элементы и узел регенерации.
Каждый из фильтровальных элементов выполнен в виде заглушенного с помощью натяжного приспособления мешка с рукавом для сообщения с патрубком камеры очищенного газа на противоположном конце. Внутри мешков и между мешками расположены гребенки, выполненные в виде перфорированных пластин, закрепленных на стержнях.
Расположенные между мешками стержни попарно соединены упругой связью, образуя совместно с натянутым фильтровальным материалом мешков устойчивую пространственную конструкцию. Верхняя часть этой конструкции обтянута газонепроницаемым материалом, соединенным с нижней частью корпуса, в одной из боковых стенок которого выполнены патрубки для отвода очищенного газа.
К недостаткам прототипов следует отнести возможность регенерации только способом обратной продувки, конструктивную сложность и невозможность очистки фильтроткани кассет при аварийных режимах без остановки, а ряде случаев и без разборки фильтра.
Настоящее изобретение направлено на устранение этих недостатков.
Цель достигается тем, что каждая из фильтрующих кассет, состоящая из ряда ромбовидных ячеек, независима и имеет каркас, в котором к сборному коллектору с цилиндрическими концами и с открытой полостью снизу между этими концами неподвижно крепятся перпендикулярно оси сборного коллектора своей осью и плоскостью с регламентированным шагом ряд вставок, снабженных ребрами жесткости, а на каркас одет фильтровальный материал в форме мешка, простроченного перпендикулярно свободному его срезу параллельными швами регламентированных шага, длины и расположения. Мешок в нижней части с одного бока имеет патрубок ввода дистанционной тяги, свободно одетой своими пазами, имеющими шаг, равный шагу вставок, на их нижнюю часть, а в верхней части мешок снабжен сбоку и с обеих сторон трактами патрубками для прохода цилиндрических концов сборного коллектора. Верхние открытые срезы мешка по всей длине снабжены ленточными застежками типа «липучка», а выступающие из мешка части цилиндрических концов сборного коллектора и конец дистанционной тяги герметично соединены с соответствующими парубками мешка. Цилиндрические концы сборного коллектора подвижно вставлены через уплотнения в опоры возвратно-поступательного и вращательного перемещения, которые закреплены в верхней части корпуса фильтра в зоне трактов удаления очищенного воздуха. Во внутрь и соосно к сборному коллектору неподвижно присоединен через распорки продувочный коллектор, в котором в нижней части напротив каждой вставки со смещением просверлены продувочные отверстия. Проходящий через заглушку конец продувочного коллектора через управляющий клапан соединен с источником сжатого воздуха, а противоположный его конец снабжен заглушкой, а вставки имеют перфорацию.
В одном из вариантов открытый конец продувочного коллектора подвижно вставлен в полость пневмоцилиндра, закрепленного на корпусе и соединенного через управляющий клапан с источником сжатого воздуха, а по оси продувочного коллектора со стороны заглушки с зазором к ней к корпусу фильтра закреплен регулируемый верхний упор. Такой же нижний упор расположен на корпусе в зазором и соосно с выступающим из мешка концом дистанционной тяги.
В другом варианте соосно со сборным коллектором с его одной стороны к корпусу закреплена опора возвратно-поступательного перемещения, в которую вставлен шток активной заглушки, плоскость которой параллельна плоскости торца соответствующего цилиндрического конца сборного коллектора с зазором относительно этого торца, а с его другого конца с зазором аналогично размещена подпружиненная пассивная заглушка. При этом пассивная заглушка и дистанционная тяга снабжены верхним и нижним регулируемыми упорами, имеющими гарантированный зазор относительно них.
Шток активной заглушки со стороны опоры проходит через уплотнение, и этот его конец соединен с приводом возвратно-поступательного движения. Другой его конец входит в подвижное соединение в закрепленной в сборном коллекторе втулкой и снабжен ограничителем.
Тракт ввода запыленного воздуха закреплен на крышке, а под ним на распорках закреплены отбойник и ниже него - распределительный конус, выполненный в виде усеченного конуса меньшим диаметром вверх.
Процесс регенерации в соседних фильтрующих кассетах может проходить одновременно.
В нижней части корпуса под фильтрующими кассетами перпендикулярно их плоскости в опорах возвратно-поступательного перемещения размещена тяга с упорами для каждой из фильтрующих кассет. Один из концов тяги соединен с внешним механизмом ручного или механического возвратно-поступательного перемещения.
Сущность изобретения заключается в том, что фильтрующие кассеты независимо и с двумя степенями свободы закреплены на корпусе фильтра, что дает возможность путем их перемещения в осевом направлении осуществлять одновременно отключение их от источника разряжения и многократное механическое встряхивание. Это позволяет в необходимых случаях отказаться от существенных затрат на сжатый воздух, а перейти, например, на использование энергии магистрального водопровода, что менее затратно, поскольку в тупиковых схемах привода перемещения фильтрующих кассет от гидроцилиндров, с учетом их малых диаметров и небольшого хода штока, расход воды незначителен. Возможно использование и соленоидов, а также и пневмоцилиндров, но уже с расходом сжатого воздуха, на порядок меньшим, чем при обратной импульсной продувке.
Не менее практически важным является и возможность механического, ручного или механизированного встряхивания фильтрующих кассет путем возвратно-колебательного их перемещения в опорах вокруг продольной оси с помощью тяги с упорами, в процессе чего кассеты соударяясь друг о друга и об упоры тяги эффективно очищаются от залипшего на них материала в штатных и нештатных режимах.
Возможно любое сочетание всех трех типов регенерации, что существенно повысит ее эффективность и снизит затраты на регенерацию за счет уменьшения числа ее циклов.
Простота конструкции каркаса и мешка с застежкой на «липучках» делает конструкцию фильтрующей секции сборно-разборной и в промышленных условиях и не требующей специальных механизмов и высокой квалификации ремонтного персонала. При этом полностью сохранены преимущества прототипов в части снижения размеров фильтрующей секции за счет формирования ее поверхности в ромбообразные ячейки. Но при этом за счет формирования этих ячеек вставками в простроченных отделениях мешка за счет одновременной высокоэффективной регенерации соседних фильтрующих секций удалось существенно повысить число ромбообразных ячеек на единицу длины и, как следствие, в 2-3 раза - величину фильтрующей поверхности в единице объема фильтрующей секции.
Предлагаемое устройство поясняется описанием примеров его выполнения и ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - разрез корпуса фильтра вдоль фильтрующей секции в варианте исполнения с механическим способом регенерации;
фиг.2 - то же, но поперек фильтрующей кассеты;
фиг.3 - вид сверху на ромбовидные ячейки фильтрующей кассеты;
фиг.4 - фронтальный вид мешка;
фиг.5 - разрез поперек мешка;
фиг.6 - разрез корпуса фильтра вдоль фильтрующей кассеты в варианте регенерации с обратной импульсной продувкой;
фиг.7 - разрез корпуса вдоль фильтрующей секции в варианте сочетания регенерации обратной импульсной продувкой сжатым воздухом и с механическим встряхиванием.
Предлагаемое устройство для обеспыливания аспирационных и промышленных выбросов состоит из: (фиг.1) корпуса 1 цилиндро-конической формы, снабженного трактом ввода 2 запыленного воздуха, закрепленного на крышке 3, и с установленными под ним на распорках 4 и 5 отбойником 6 и распределительным усеченным конусом 7. В верхней части по бокам корпуса 1 расположены один или два тракта удаления 8 очищенного воздуха, а в нижней части корпуса 1 расположен, снабженный герметизирующим устройством тракт удаления пыли 9 (фиг.2).
В опорах 10 возвратно-поступательного и вращательного перемещения, закрепленных на корпусе 1 (фиг.1) в зоне трактов удаления 8 очищенного воздуха и снабженных уплотнениями 17, размещаются фильтрующие кассеты 11, в которых на каркасе, состоящем из сборного коллектора 12 с цилиндрическими концами 13 и с открытой полостью 14, и с жестко закрепленным рядом вставок 15 с ребрами жесткости 16, расположенными в пределах протяженности открытой полости 14 сборного коллектора 12, и одетого на этот каркас мешка 18 (фиг.4 и фиг.5), который выполнен из фильтровального материала.
Мешок 18 параллельно своим боковым сторонам прострочен швами 19 таким образом, чтобы в частях мешка 18, где располагаются сборный коллектор 12 и дистанционная тяга 20, швов 19 не было.
Мешок 18 имеет снизу патрубок 21 для выхода и герметизации дистанционной тяги 20, а в верхней части по бокам - патрубки 22 для выхода и герметизации цилиндрических концов 13 сборного коллектора 12.
Верхний открытый срез мешка по обеим сторонам снабжен застежкой типа «липучка», герметизирующей с натягом фильтрующего материала мешок 18 по верхнему краю сборного коллектора 12.
Дистанционная тяга 20 снабжена пазами 24, в которые своей нижней частью входят вставки 16. Шаг пазов 24 равен расстоянию между вставками 15.
Ниже фильтрующих кассет 11 в направляющих возвратно-поступательного перемещения 25, снабженных уплотнениями 26 и закрепленных на корпусе 1, подвижно расположена тяга 27 с упорами 28, размещенными между фильтрующими кассетами 11. Один из концов тяги 27 соединен с приводом ручного или механизированного возвратно-поступательного перемещения.
В варианте механического способа регенерации (фиг.1) соосно со сборным коллектором к корпусу 1 через направляющие 29 проходят: с одной стороны штоки 32 активных заслонок 31, а с противоположной - штоки 30 пассивной заслонки 33, которые располагаются с зазором по отношению к торцам сборного коллектора 12.
Выходящий за предел корпуса 1 конец штока 32 активной заслонки соединен с приводом возвратно-поступательного перемещения, а пассивная заслонка снабжена возвратной пружиной 34 и регулируемыми упорами 35.
Второй конец штока 32 активной заслонки 31 свободно входит во втулку 43, закрепленную по центру сборного коллектора 12 на распорках 36, и снабжен ограничителем 44.
Соосно и со стороны выходящего из мешка конца дистанционной тяги 20 к корпусу 1 закреплен регулируемый упор 35.
В варианте конструкции кассетного фильтра с регенерацией обратной импульсной продувкой (фиг.6) соосно сборным коллектором в его внутренней полости на распорках 37 неподвижно закреплен продувочный коллектор 38 с заглушкой 39. Другой конец продувочного коллектора через управляющий клапан соединен с источником сжатого воздуха.
В продувочном коллекторе 38 просверлены отверстия 42, которые расположены в его нижней части напротив и со сдвигом относительно вставок 15.
В варианте совмещения регенерации механическим встряхиванием и обратной импульсной продувкой (фиг.7) по центру заглушки 39 на корпусе 1 закреплен с зазором к ней регулируемый упор 40, а другой конец продувочного коллектора 38 вставлен в пневмоцилиндр, который через управляющий клапан соединен с источником сжатого воздуха. В остальном конструкция аналогична предыдущей. При этом напротив дистанционной тяги 20 установлен аналогично с вариантом (фиг.1) регулируемый упор 35.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Под действием разряжения, создаваемого внешним источником, запыленный воздух через тракт ввода 2 запыленного воздуха поступает в корпус 1, предварительно теряя скорость на отбойнике 6 и распределяясь под него с помощью распределительного усеченного конуса 7, который отводит туда часть потока запыленного воздуха.
Пылевая фракция осаждается на фильтровальном материале мешка 18, а очищенный воздух через открытую полость 14 и сборный коллектор 12 поступает в тракт удаления 8 очищенного воздуха (или два тракта удаления 8 с обоих цилиндрических концов 13 сборного коллектора 12). Пылевая фракция через тракт удаления пыли 9 и герметизирующий отгружатель выводится из устройства.
Мешок 18 загерметизирован на всех элементах каркаса фильтрующей кассеты 11, либо с помощью застежки 23 (типа «липучка»), либо хомутами в местах выхода из него цилиндрических концов 13 сборного коллектора 12 и конца дистанционной тяги 20. При необходимости все эти элементы дополнительно заливаются жидким герметиком. При герметизации застежкой 23 фильтровальный материал мешка 17 должен натягиваться, обеспечивая четкую фиксацию пазов 24 дистанционной тяги 20 и ее самой в контакте с нижней частью вставок 15.
С помощью уплотнений 17 и 26 изолируются друг от друга камеры пылевого и очищенного воздуха и окружающая среда.
Подача запыленного воздуха сверху вниз способствует удалению с поверхности мешка 18 пылевого материала, действуя в направлении силы тяжести, а отбойник 6 защищает мешок 18 от износа его верхней части и способствует распределению исходного питания по всем фильтрующим кассетам 11.
При механическом способе регенерации путем встряхивания фильтрующей кассеты 11 (фиг.1) внешний привод возвратно-поступательного перемещения, импульсно воздействуя на шток 32 активной заслонки 31, ударяя ею о торец ближайшего цилиндрического конца 13 сборного коллектора 12, создает первый импульс очистки фильтровального материала от верхнего слоя пыли. При дальнейшем движении активная заслонка 31, совместно с фильтрующей кассетой 11, ударяются о пассивную заслонку 33 другим торцом сборного коллектора 12 и предают механический импульс встряхивания на пылевой материал, воздействуя на более глубинные его слои, поскольку в этот момент сборный коллектор активной заслонкой 31 и пассивной заслонкой 33 с обоих концов отключен от источника разрежения, и пылевой материал не прижимается к фильтрующему материалу перепадом давления. В таком состоянии вся система движется до соприкосновения с верхними регулируемыми упорами 35, где получает третий импульс встряхивания. Четвертый импульс встряхивания фильтрующая кассета 11 получает от соприкосновения выступающего из мешка 18 конца дистанционной тяги 20 с нижним регулируемым упором 35. Следует отметить, что из-за эластичности вставок 15 будет происходить некоторое отставание нижней части фильтрующей кассеты 11 от перемещения ее сборного коллектора 12, и задача выбора положения регулируемых упоров 35 вверху и внизу - получение наиболее эффективного сочетания времени удара по верхней и нижней частям фильтрующей кассеты 11.
При обратном движении внешнего привода возвратно-поступательного движения шток 32 входит в зацепление ограничителем 44 со втулкой 43 и возвращает фильтрующую кассету 11 в исходное положение.
Реализация этого варианта исполнения предлагаемого устройства дает следующие преимущества:
- на 50-100 раз снижаются затраты энергоносителя на процесс регенерации;
- появляется возможность отказаться от специального источника энергии для механической регенерации, используя для этой цели напорный промышленный водопровод, при этом практически не расходуя воду, поскольку после использования ее в приводе возвратно-поступательного перемещения активной заслонки 31 вода может быть использована для технических и гигиенических целей;
- возможно экономное использование в тупиковом режиме источника сжатого воздуха, а также, например, соленоида.
Сюда же следует отнести и общие для всех вариантов реализации предлагаемого устройства преимущества, такие как:
- в несколько раз снижаются затраты на изготовление за счет уменьшения занимаемого устройством объема;
- более чем в два раза снижается величина занимаемой фильтром площади;
- простота конструктивного исполнения и изготовления фильтрующих кассет;
- простота монтажа и демонтажа фильтровального материала и фильтрующих кассет;
- возможность адаптации размеров фильтра к условиям производства за счет использования выбора из широкого диапазона соотношений между длиной и шириной фильтрующих кассет, из которых комплектуется конкретное изделие.
В варианте регенерации фильтрующей поверхности обратной импульсной продувкой (фиг.6) при помощи управляющего клапана в продувочный коллектор 38 подается импульс сжатого воздуха, который, поступая через отверстия 42, за счет импульсного противодавления «отдувает» осадок пыли с поверхности фильтровального материала. Пыль под воздействием силы тяжести и потока исходного питания направляется к тракту удаления 9 и при помощи герметизирующего отгружателя удаляется из фильтра.
При этом фильтрующая кассета в осевом направлении неподвижна, а в вставке 15 для равномерного распределения импульса регенерации сжатым воздухом по поверхности фильтрующей ткани снабжены перфорацией.
Все остальные процессы аналогичны ранее описанным.
Периодичность импульсов продувки и их длительность зависят от многих технологических параметров процесса и от свойств фильтруемого материала.
К основным достоинствам этого варианта исполнения устройства, кроме общих преимуществ, отмеченных ранее, следует отнести:
- простата конструктивного исполнения;
- высокая надежность;
- высокая эффективность регенерации.
В варианте совмещения процесса регенерации обратной импульсной продувкой с механическим встряхиванием (фиг.7) при подаче в продувочный коллектор 38 импульса сжатого воздуха через пневмоцилиндр 41 одновременно с продувкой фильтровального материала, за счет создаваемого в пневмоцилиндре давления (из-за сопротивления при истечении воздуха из продувочных отверстий 42) продувочный коллектор 38 выталкивается из полости пневмоцилиндра 41 и, соударяясь с заглушкой 39 о регулируемый упор 40, в момент «отдува» пыли передает через элементы жесткого каркаса фильтрующей кассеты 11 встряхивающий импульс на фильтрующий материал. В исходное положение фильтрующая кассета возвращается принудительно возвратной пружиной 34. Второй механический импульс фильтрующая кассета 11 получает от контакта дистанционной тяги 20 с нижним регулируемым упором 35 (аналогично фиг.1).
Основные преимущества такого варианта:
- превышение эффективности процесса регенерации;
- возможность применения такого процесса регенерации для сильноадгезионных и липких пылей;
- снижение затрат сжатого воздуха на регенерацию путем увеличения промежутков времени между импульсами за счет повышения эффективности процесса.
Особо следует отметить вариант ручного или механического встряхивания фильтрующих кассет 11 всех одновременно путем воздействия на них через упоры 28 при перемещении тяги 27 в опорах 25 за счет их колебательного движения вокруг продольной оси на опорах 10 и взаимного соударения.
Эта модификация процесса регенерации фильтровального материала может быть применена как во всех ранее описанных вариантах исполнения фильтра, как дополнительный так и как самостоятельный способ периодического встряхивания фильтрующих кассет при предварительно отключенном источнике разрежения.
В сочетании с ранее описанными способами регенерации этот способ регенерации позволяет:
- производить дополнительную очистку фильтрующих секций от застрявшего между ними сползающего материала и посторонних включений;
- производить очистку фильтра без его разборки при аварийном его забивании из-за отключения механизмов основного способа регенерации.
Отдельно следует отметить, что в ряде случаев для снижения эффекта вторичного пылеосаждения на соседнюю фильтрующую кассету материала, удаленного в процессе регенерации с соседней фильтрующей кассетой, может оказаться полезным использованием варианта одновременного включения процессов регенерации на двух,
трех и более соседних фильтрующих кассетах.
Тогда удаленная пыль будет опускаться вниз между фильтрующими кассетами, отключенными от источника разрежения, и не «притягиваясь» к соседней фильтрующей поверхности.