Фильтр рукавный для промышленной пылегазоочистки

Полезная модель относится к охране окружающей среды. Полезная модель относится к устройствам области очистки технологических газов и аспирационного воздуха от пыли и вредных газообразных компонентов воздуха. Полезная модель может быть использовано на предприятиях черной и цветной металлургии, химической промышленности, пищевой промышленности и при производстве строительных материалов, а также на других производствах, где требуется очистка воздуха или газов от пыли. В частности, полезная модель рассматривает конструкцию рукавного фильтра с импульсной регенерацией расположенных горизонтально фильтровальных рукавов сжатым воздухом или газом.
Так известен фильтр рукавный с импульсной продувкой сжатым воздухом с контрольной ступенью очистки, содержащий основную пылеулавливающую камеру, снабженную в верхней части камерой с входным патрубком для ввода загрязненного воздуха в основную пылеулавливающую камеру, в которой закрепленные в решетке каркасные фильтровальные элементы расположены горизонтально в ряды по горизонтали и по вертикали, камеру очищенного воздуха с выпускным патрубком для очищенного воздуха, в которую выведены открытые торцы каркасных фильтровальных элементов, и расположенный под основной пылеулавливающей камерой бункер с затвором, систему регенерации фильтровальных рукавов импульсом сжатого воздуха, которая включает ресивер и подключенные к нему через блоки импульсных клапанов раздаточные трубки, размещенные в камере очищенного воздуха и оснащенные импульсными трубками, которые расположены напротив выходных отверстий фильтровальных рукавов (RU 2573513, B01D 46/02, опубл. 20.01.2016).
В данном рукавном фильтре грязный газ или воздух подают внутрь основной пылеулавливающей камеры с помощью трубопровода грязного газа или воздуха через входной патрубок и направляют этот поток к решетке горизонтально расположенных каркасных фильтровальных элементов. Поток грязного газа или воздуха распределяется по объему основной пылеулавливающей камеры и пропускается через текстильные оболочки, одетые на каркасы фильтровальных элементов. Чистый воздух или газ попадает внутрь фильтровальных элементов и выходит в камеру очищенного воздуха для последующего удаления через выпускной патрубок. А пыль, сажа, элементы загрязнения оседают на поверхности текстильных оболочек каркасных фильтровальных элементов.
Периодически в момент перекрытия потока поступления грязного газа или воздуха производят импульсами подачку сжатого воздуха через импульсные трубки в полость каркасных фильтровальных элементов. Происходит пневмоудар по оболочкам и накопившиеся осаждения на по поверхности оболочек разрушаются и через зазоры между каркасными фильтровальными элементами осыпаются в бункер, откуда осаждения удаляются.
В известном рукавном фильтре для цели увеличения турбулентности потока грязного газа или воздуха между горизонтально расположенными фильтровальными элементами каркасы этих элементов выполнены с поперечным сечением каждого рукава в форме ромба или геометрической форме, подобной ромбу, где меньший угол ромба лежит в пределах от 14-35°, причем большая диагональ ромба или геометрической фигуры, подобной ромбу, является вертикальной. При таком исполнении турбулентный поток грязного газа или воздуха содержит вихревые потоки грязного газа или воздуха. Вихревой поток накапливает пыль в центре вихревого потока. Чем больше вихревых потоков, тем более равномерным становится распределение пыли в турбулентном потоке грязного газа или воздуха.
В то же время, эксплуатационная эффективность рукавных фильтров основана не только на получении чистого воздуха или газа (до определенных пределом), но и на производительности фильтра, основанной на объеме очищенного воздуха, полученного в единицу времени. Это тесно связано с параметрами потока поступающего грязного воздуха иди газа, который определяется параметрами производственного процесса промышленного предприятия. Установление баланса добиваются, зная расчетный и практический (реальный) объемы производительности рукавного фильтра, простым увеличением таких рукавных фильтров, размещаемых последовательно или параллельно. Последнее приводит к увеличению габаритов всего комплекса очистки.
3
3
Решением по уменьшению габаритов всего комплекса очистки, обслуживающего завод или фабрику (промышленное предприятие) является повышение производительности единичного рукавного фильтра, что возможно за счет увеличения плотности размещения каркасных фильтровальных элементов при сохранении качества очистки (например, при содержании пыли на входе 60 г/м на выходе должно быть не более 20 мг/м).
В известном решении используется принцип создания турбулентности, то есть завихрений в потоке грязного воздуха или газа, приводящее к тому, что частица пыли концентрируются и это позволяет повысить качество очистки. Но это приводит к тому, что между фильтровальными элементами в решетке должно быть создано такое пространство, в объеме которого возможно создание турбулентности (завихрений). То есть плотность размещения фильтровальных элементов в решетке становится невысокой. А это приводит к тому, что для создания баланса между потоком поступающего и потоком очищаемого воздуха необходимо значительно увеличивать количество рукавных фильтров. При этом повышение плотности установки каркасных фильтровальных элементов следует учитывать прогибы каркасов, которые фиксируются в решетке только по концам (концевая заделка балки).
Фильтровальные элементы горизонтального расположения имеют очень большую длину (примерно, 2,5 м) при относительно небольшом поперечном сечении (поперечный размер - 150 мм). При горизонтальном расположении на фильтровальные элементы при такой длине действуют нагрузка от собственного веса. При закреплении концов каркаса фильтровального элемента в корпусе рукавного фильтра, каркас прогибается, изменяя расстояния между фильтровальными элементами в фильтре. Эту особенность приходится учитывать при заполнении рукавного фильтра, но эта же особенность не дает возможности повысить плотность наполнения рукавного фильтра фильтровальными элементами. Кроме того, такое длинномерное изделие обладает высокой изгибной деформацией, затрудняющей как вынимать фильтрующие элементы из корпуса рукавного фильтра, так и вставлять их через технологические окна. Повышенная изгибность приводит к тому, что при продувке сжатым воздухом на каркасе образуются волны, приводящие к колебаниям каркаса. Так же повышенная изгибность приводит к нагрузкам в точках сварки прутков каркаса, что приводит к ослаблению сварки и разрушению. Как правило, каркас фильтровального элемента выполняется их тонких прутков круглой формы в поперечном сечении, прямоугольной формы поперечного сечения, или любой другой геометрической формы поперечного сечения. Для снижения веса каркаса стараются минимизировать поперечный размер прутков, но при этом сильно возрастают изгибность и кручение каркаса. А повышение прочности и пространственной жесткости за счет увеличения поперечного размера прутков приводит к резкому утяжелению каркаса. Так как в рукавном фильтре таких фильтровальных элементов может быть несколько десятков штук, то вес каждого такого элемента приобретает существенное значение.
Повышения сопротивления деформациям за счет применения определенных геометрических форм поперечного сечения приводит к повышению сопротивления именно самого сечения, но не изделия по его длине. Это объясняется тем, что изгибные деформации по длине каркаса реализуются не на поперечном сечении этого каркаса, а на продольных прутках, которые сваркой связывают ромбовидные поперечные элементы, которые расположены на расстоянии друг от друга. В известном решении отсутствуют средства, повышающие сопротивление каркаса продольному изгибу и кручению.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении производительности очистки рукавного фильтра за счет повышения плотности размещения фильтровальных элементов в основной пылеулавливающей камере при сохранении высоких пределов очистки.
Указанный технический результат достигается тем, что в фильтре рукавном для промышленной пылегазоочистки, содержащем корпус, разделенный на основную пылеулавливающую камеру, снабженную в верхней части камерой с входным патрубком для ввода загрязненного воздуха в основную пылеулавливающую камеру, в которой закреплены в решетке каркасные фильтровальные элементы, расположенные горизонтально в ряды по горизонтали и по вертикали, камеру очищенного воздуха с выпускным патрубком для очищенного воздуха, в которую выведены открытые торцы каркасных фильтровальных элементов, и расположенный под основной пылеулавливающей камерой бункер, при этом в камере очищенного воздуха расположены прикрепленные к корпусу трубопроводы с импульсными трубками, которые расположены напротив выходных отверстий фильтровальных рукавов для импульсной регенерации сжатым воздухом этих рукавов, каждый фильтровальный элемент состоит из металлического каркаса и натянутого на этот каркас тканевого трубчатого рукава из фильтроматериала, металлический каркас состоит из нераздельно соединенных сваркой между собой изготовленных из металлических прутков продольных и поперечных ребер, продольные ребра выполнены в виде прямолинейных отрезков металлических прутков, каждое поперечное ребро представляет собой плоский элемент замкнутого контура из изогнутого металлического прутка, а тканевый трубчатый рукав выполнен глухим с одного конца для охвата торцевой части металлического каркаса и открытым с другого конца, при этом каждый плоский элемент замкнутого контура из поперечных ребер выполнен в виде рамки из двух уплощенных соединенных между собой овалообразных контуров, симметрично расположенных по длинному поперечному размеру, при этом противоположно расположенные ветви каждого овалообразного контура вдоль длинного поперечного размера выполнены волнобразно изогнутыми с расположением вогнутостей одной ветви напротив вогнутостей другой ветви, а продольные ребра в виде металлических прутков приварены к выпуклостям ветвей овалообразных контуров каждой рамки, причем в решетке установленные вертикально по длинному поперечному размеру фильтровальные элементы в каждом горизонтальном ряду расположены на расстоянии, не превышающем 23-26% малого поперечного размера фильтровального элемента, а в каждом вертикальном ряду эти элементы расположены на расстоянии, не превышающем 11-13% длинного поперечного размера фильтровального элемента.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - общий вид рукавного фильтра со стороны рукавной решетки;
фиг. 2 - вид сбоку рукавного фильтра;
фиг. 3 - вид сверху рукавного фильтра;
фиг. 4 - фрагмент системы регенерации рукавного фильтра;
фиг. 5 - показана рукавная решетка с фронтального плана;
фиг. 6 - узел А по фиг. 5;
фиг. 7 - показан процесс очистки с использованием фильтровальных элементов;
фиг. 8 - вид сбоку на каркас фильтровального элемента;
фиг. 9 - вид сверху в плане на каркас фильтровального элемента;
фиг. 10 - поперечное сечение А-А каркаса по фиг. 9.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция фильтра рукавного для промышленной пыле- газочистки, преимуществом которого является высокая плотность укладки горизонтально располагаемых каркасных фильтровальных элементов.
Этот рукавный фильтр (фиг. 1-3) содержит корпус, разделенный на основную пылеулавливающую камеру 1, снабженную в верхней части камерой 2 с входным патрубком для ввода загрязненного воздуха в основную пылеулавливающую камеру, в которой в рукавной решетке 3 (фиг. 5) закреплены каркасные фильтровальные элементы 4, расположенные горизонтально в ряды по горизонтали и по вертикали, камеру 5 очищенного воздуха с выпускным патрубком для очищенного воздуха, в которую выведены открытые торцы каркасных фильтровальных элементов 4, и расположенный под основной пылеулавливающей камерой бункер 6. При этом в камере 5 очищенного воздуха расположены прикрепленные к корпусу трубопроводы 7 с импульсными трубками 8, которые расположены напротив выходных отверстий фильтровальных рукавов для импульсной регенерации сжатым воздухом этих рукавов (фиг. 4).
Особенностью данного рукавного фильтра является то, что за чет изменения конструкции каркасных фильтровальных элементов стало возможным повысить плотность их укладки в рукавной решетке основной пылеулавливающей камеры 1.
Такие фильтровальные элементы по типу кассет или картриджей горизонтально вставляются через технологические окна 9 (фиг. 5 и 6) в рукавной решетке так, что бы больший поперечный размер картриджного элемента располагался вертикально (фиг. 7). Таким образом, в корпусе рукавного фильтра фильтровальные элементы 4 расположены рядами по горизонтали и по вертикали на некотором расстоянии друг от друга, достаточном для прохождения между этими элементами загрязненного воздуха или газового потока. Плотность расположения таких элементов определяет эффективность очистки поступающего загрязненного агента. Каждый фильтровальный элемент 4 представляет собой решетчатой структуры металлический каркас, на который натянута текстильная оболочка с функцией фильтрования воздуха или газа.
В основную пылеулавливающую камеру 1 рукавного фильтра подают грязный газ или воздух (поз. 10). С помощью фильтровальной ткани рукава фильтруют пыль, которая осаждается на фильтровальной ткани, а очищенный газ или воздух поступает во внутреннюю полость фильтровального элемента, где расположен каркас фильтровального элемента (фиг. 7). После чего чистый газ или воздух удаляют (поз. 11) через открытый торец фильтровального элемента из основной пылеулавливающей камеры 1 рукавного фильтра в камеру 5 очищенного воздуха. Через установленный промежуток времени или при увеличении аэродинамического сопротивления потока грязного газа или воздуха, более установленного значения, в полость фильтровального элемента подают (поз. 12) импульсы сжатого газа или воздуха из импульсных трубок 8 по трубопроводам 7 (фиг. 4) системы подачи высокого импульсного давления и продувают тканевый рукав этим сжатым газом или воздухом со стороны открытого конца фильтровального элемента. Происходит разрушение накопившейся на тканевой оболочке пыли, которую выдувают. Частицы пыли падают вниз рукавного фильтра и накапливают в нижней части корпуса рукавного фильтра в специальном бункере 6 (который периодически очищают от накопления пыли).
Для обеспечения высокой объемной эффективности очистки рукавного фильтра обеспечивают повышение плотности размещения фильтровальных элементов в решетчатой кассете фильтра. Для этой цели разработана новая конструкция фильтровального элемента, представленная на фиг. 8-10.
Фильтровальный элемент состоит из металлического каркаса и натянутого на этот каркас тканевого трубчатого рукава 13, сшитого из фильтроматериала. Особенность фильтроматериала (фильтрополотна) является его пропускная способность, обеспечивающая пропуск чистого газа или воздуха при том, что частицы пыли, сажи и других загрязнений остаются на поверхности материала. В качестве таких материалов могут использоваться материалы, изготовленные из стекловолокна Paint Stop и Dust Stop, мельтблаун (meltblown) (ст. "Фильтрующие материалы", опубликованная на сайте "Группа компаний MAC", http://www.masvent.ru/tovari/filtromatt), полотно нетканое фильтрующее ФилТек ФТ-500-F5 2 (сайт "ЗАО ВЕНТИЛЯЦИЯ", http://www.ventplus.ru/ru/potolokf5/), рукавные фильтроэлементы ЗАО „СПЕЙС-МОТОР“.
Тканевый трубчатый рукав 13 выполнен глухим с одного конца для охвата торцевой части металлического каркаса и открытым с другого конца (фиг. 9). Открытый конец используется для вывода очищенного газа или воздуха из рукавного фильтра.
Конструктивно металлический каркас состоит из нераздельно соединенных сваркой между собой изготовленных из металлических прутков продольных 14 и поперечных 15 ребер.
Продольные ребра 14 выполнены в виде прямолинейных отрезков металлических прутков, а каждое поперечное ребро 15 представляет собой плоский элемент замкнутого контура из изогнутого металлического прутка.
Каждый плоский элемент замкнутого контура из поперечных ребер 15 выполнен в виде рамки из двух уплощенных соединенных между собой овалообразных контуров, симметрично расположенных по длинному поперечному размеру, при этом противоположно расположенные ветви 16 и 17 каждого овалообразного контура вдоль длинного поперечного размера 18 выполнены волнобразно изогнутыми с расположением вогнутостей 19 одной ветви напротив вогнутостей другой ветви, а продольные ребра в виде металлических прутков приварены к выпуклостям 20 ветвей овалообразных контуров каждой рамки.
Так как каждый плоский элемент замкнутого контура из поперечных ребер выполнен симметричным в поперечном и в продольном направлениях, то образуется равнопрочная конструкция, одинаково работающая со всех сторон в рамках сопротивления деформациям.
Так как каждый плоский элемент замкнутого контура из поперечных ребер выполнен симметричным в поперечном и в продольном направлениях, то образуется равнопрочная конструкция, одинаково работающая со всех сторон в рамках сопротивления деформациям.
Со стороны глухого конца тканевого трубчатого рукава к каркасу прикреплена торцевая пластина 21 с отогнутыми бортами, к которой приварены загнутые концы 22 металлических прутьев продольных ребер 14. Так как тканевый трубчатый рукав обладает меньшей прочностью по отношению к конструкции металлического каркаса и представляет собой сшитую конструкцию, то при подаче импульсного давления в полость фильтрующего элемента (для очистки поверхности тканного рукава от накопившейся грязи) происходит мощный пневмоудар по рукаву, в том числе и по заглушенной его части. Направление этого пневмоудара (ударной воздушной или газовой волны) - в сторону заглушенной части оболочки, что приводит к разрушению рукава в этой зоне. Для исключения этого и для обеспечения целостности тканевого трубчатого рукава продольные ребра в зоне глухого торца рукава приварены к торцевой пластине 21, которая представляет собой ограничитель для ударной волны и предохранитель для рукава. Ударная волна отражается от пластины и меняет вектор движения.
По сути, металлический каркас представляет собой конструкцию, в которой все элементы находятся в положении, когда деформация элемента вызывает не локальное напряжение и изменение формы в этом элементе, а восприятие этой деформации другими элементами конструкции, то есть происходит перераспределение нагрузок. Если поперечные ребра формируют объемный контур каркаса, то продольные ребра удерживают эти поперечные ребра. При прогибе или кручении всей конструкции продольные ребра начинают деформироваться, что приводит к изменению плоскостной формы поперечных ребер. Поперечные ребра деформируются, прежде всего, теряя плоскостность замкнутого контура. Но, в заявленной полезной модели поперечные ребра выполнены в виде двух непростой геометрической формы замкнутого контура рамок, ветви которой находятся в общей плоскости. В таком поперечном ребре изменение формы одной левой части рамки должно приводить к изменению формы другой рамки. Но, в действительности, каждая из частей рамок является опорой для другой части рамки. А волнообразные формы рамок определяют различные условия, при которых каждая рамка может деформироваться. Таким образом, каждая из частей рамки является своеобразным ребром жесткости для другой части рамки. В этом случае, если продольные ребра подвержены изгибу, что должно приводить к изменению общей геометрии каркаса, такой деформации на поперечных ребрах не происходит, так как эти ребра становятся ребрами жесткости для продольных прутков. Исключение возможности деформации поперечных ребер приводит к минимизации деформаций на продольных ребрах. Это и позволило свести к минимуму прогибы и изгибы фильтровального элемента.
Использование принципа симметрии контура поперечного ребра позволяет сформировать равнопрочность каркаса по главным осям.
Так как фильтровальные элементы приобрели повышенную прочность, то становится возможны увеличить плотность уложения фильтровальных элементов в рукавном фильтре, что при тех же габаритах корпуса рукавного фильтра обеспечивает более глубокую объемную очистку промышленных газов от пыли и вредных компонентов и большую площадь фильтрации.
Экспериментами установлено, что в рукавной решетке установленные вертикально по длинному поперечному размеру фильтровальные элементы в каждом горизонтальном ряду могут быть расположены на расстоянии "а", не превышающем 23-26% малого поперечного размера фильтровального элемента, а в каждом вертикальном ряду эти элементы могут быть расположены на расстоянии "б", не превышающем 11-13% длинного поперечного размера фильтровального элемента (фиг. 5 и 6). На фиг. 5 показана рукавная решетка - пластина с технологическими окнами 9, повторяющими профиль (поперечное сечение) фильтровального элемента в сборе (каркас с одетой на него оболочкой). Как пример, можно говорить о таких размерах поперечного сечения фильтровального элемента: высота по длинному поперечному размеру - 143 мм + двойная толщина оболочки, толщина по малому поперечному размеру - 27 мм + двойная толщина оболочки. Размер технологического окна в рукавной решетке: 156,5×35,5 мм. При таких размерах в горизонтальном ряду фильтровальные элементы расположена на расстоянии друг от друга 44,4 мм, а в вертикальном ряду - на расстоянии 18,5 мм. При такой плотности на площади рукавной решетки 2975×880 мм укладывается 216 фильтровальных элементов. Такие цифры указывают на высокую плотность укладки фильтровальных элементов.
Опытная эксплуатация рукавного фильтра с таким плотным расположением фильтровальных элементов 4 показала, что геометрически правильное табличное уложение фильтровальных элементов в полости основной пылеулавливающей камеры 1 позволяет сформировать коридоры между фильтровальными элементами как в вертикальные, так и горизонтальные, которые сводят к минимуму турбулентность подаваемого в эту камеру 1 грязного воздуха или газа. То есть загрязненный поток распределяется в основном по вертикальным коридорам, так как между полостью основной пылеулавливающей камерой 1 и внутренними полостями фильтровальных элементов 4 существует разница в давлении, в полости камеры 1 оно превышает давление в полости камеры 5 очищенного воздуха (возможно небольшое вакуумирование). При таких условиях загрязненный воздух стремится перераспределиться в зоны меньшего сопротивления. Это свойство использовано для того, чтобы задействовать как можно больше оболочек фильтровальных элементов. По мере поступления загрязненного воздуха или газа из входного патрубка (расположенного над камерой 1) этот загрязненный поток сначала и в основном фильтруется по верхнему эшелону фильтровальных элементов. По мере загрязнения оболочек в этом эшелоне повышается их сопротивление по пропуску воздуха или газа. Загрязненный воздух или газ распределяется на средний, а затем и на нижний эшелоны фильтровальных элементов, где оболочки не так сильно загрязнены и их сопротивление по пропуску воздуха или газа меньше, чем в верхнем эшелоне. В реальности этот процесс не разделен, а совмещен, что и позволяет проводить высокую объемную очистку. Очищение оболочек по эшелонам проводится в период перекрытия доступа грязного воздуха в камеру 1 или в период, когда этот загрязненный воздух иди газ не поступает из промышленного предприятия. При таком процессе очистки наличие турбулентности (завихрений) будет создавать зоны с разным давлением внутри камеры 1, что формирует торможение подлежащего очистке грязного воздуха или газа. Это снижает скорость подачи загрязненного воздуха в камеру 1. А рядное плотное расположение фильтровальных элементов с образованием коридоров образует скоростные потоки между фильтровальными элементами, что приводит к тому, что единица объема потока грязного воздуха или газа на скорости ударяется в оболочку и проходит через нее, оставляя загрязнения на оболочке. В момент скоростного удара в оболочку молекулы газа или воздуха проходят через ячейки структуры текстильного материала оболочки, а загрязнения, размер которых превосходит величину молекул воздуха или газа, задерживаются той же самой структурой материала оболочки и загрязнения остаются на ней. Проникновение молекул газа или воздуха проходят через ячейки структуры текстильного материала оболочки происходит за счет формирования разницы в давлениях над оболочкой и внутри каркаса фильтровального элемента.
Существенным в данном рукавном фильтре является форма поперечного сечения каркаса (уплощенная) и расположение фильтровальных элементов длинным поперечным размером по вертикали рукавной решетки. Такое расположение позволяет накапливать загрязнения в основном на боковых плоских участках оболочки и на конусных выступах. Это позволяет не только повысить очистку грязного потока, но и обеспечить высокую очистку оболочки при ее продувании импульсом сжатого воздуха изнутри. Так как по газовому закону давление воздуха в замкнутом объеме распространяется во все стороны одинаково, то при пневмоударе происходит некоторое растяжение оболочки по всей ее поверхности, что приводит к разрушению накоплений. А так как эти загрязнения находятся на поверхностях, на которых телесный угол меньше силы адгезии (из-за геометрии поперечного сечения фильтровального элемента), то частицы загрязнений не удерживаются на оболочке и падают в бункер по тем же вертикальным коридорам, созданным между вертикальными рядами фильтровальных элементов.
Настоящая полезная модель промышленно применима и может быть реализована в комплексах промышленной очистки.