Использование зернистых фильтров в процессе пылегазоочистки

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

ВВЕДЕНИЕ

При наличии влажных газов или слипающейся пыли использование для очистки газов тканевых фильтров нецелесообразно из-за возможного заливания рукавов. Если же пыли обладают высоким электрическим сопротивлением, то неэффективными оказываются и электрофильтры.

В подобных ситуациях в качестве альтернативного варианта аппаратурного оформления процесса пылегазоочистки можно выбрать зернистые фильтры. Оптимальные области применения этих пылеуловителей - высокотемпературная очистка газов без предварительного охлаждения с утилизацией тепла и сухая комплексная очистка от пыли и газообразных примесей с насыпным слоем адсорбента или катализатора.

Глава 1. ЗЕРНИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ

При наличии влажных газов или слипающейся пыли использование для очистки газов тканевых фильтров нецелесообразно из-за возможного заливания рукавов. Если же пыли обладают высоким электрическим сопротивлением, то неэффективными оказываются и электрофильтры.

В подобных ситуациях в качестве альтернативного варианта аппаратурного оформления процесса пылегазоочистки можно выбрать зернистые фильтры. Оптимальные области применения этих пылеуловителей - высокотемпературная очистка газов без предварительного охлаждения с утилизацией тепла и сухая комплексная очистка от пыли и газообразных примесей с насыпным слоем адсорбента или катализатора.

Преимущества таких фильтров состоят в невысокой стоимости и доступности материалов, возможности работы с высокотемпературными и агрессивными средами при значительных механических нагрузках и перепадах давления. Несмотря на это, зернистые фильтры применяют сравнительно редко из-за конструктивных недостатков аппарата: периодичности действия, громоздкости, небольшой производительности и несовершенства некоторых узлов, например устройств регенерации фильтрующего слоя и т. д.

Зернистые фильтры делятся на две группы: насыпные и жесткие пористые. К первой группе относятся фильтры, в которых элементы, составляющие фильтрующий слой, не имеют жесткой связи друг с другом. Это фильтры с неподвижным насыпным зернистым слоем, с подвижным слоем, а также с псевдосжиженным слоем. Ко второй группе относятся фильтры, в которых зерна связаны между собой и образуют агломерацию, полученную спеканием, склеиванием или прессованием.

В насыпных фильтрах насадкой могут служить различные материалы: песок, гравий, шлак, щебень, кокс, древесные опилки, крошка, гранулы резины и пластмассы, стандартные насадки (кольца Рашига, Берля и т.д.).

Зернистый гравийный фильтр ЗФ (разработчик НИПИОТ-СРОМ) с неподвижным фильтрующим слоем состоит из трех секций, в каждой из которых размещен фильтрующий слон высотой 100 мм. В первом по ходу газа слое размер зерен составляет 5-10 мм, во втором 3-5 мм и в третьем 2,5-3 мм. Для регенерации слоя применяют вибратор 9, с помощью которого секция совершает колебательные движения. Одновременно рабочее пространство секции отключается от канала очищенного газа и сообщается патрубком 3 с продувочным вентилятором. Под действием избыточного давления движущийся в обратном направлении через насыпной слой воздух увлекает за собой пыль.

В некоторых конструкциях продувка вторичным воздухом сопровождается вместо вибрации слоя ворошением фильтровальных элементов. Подобный способ регенерации зернистого слоя реализован в гравийном фильтре-циклоне ФЦНГ, разработанном Семибратовским филиалом НИИОГаза.

Запыленный газ, прошедший стадию предварительной очистки в циклонах, подают в фильтрующий слой 7 (гравий или стеклянные шарики) сверху вниз. Очищенный слой через пере переключающий клапан 11 поступает в коллектор очищенного газа 4 и удаляется из аппарата. Регенерацию слоя проводят следующим образом: с помощью клапана 11 отключают секцию фильтра от коллектора очищенного газа 4 и соединяют ее с раздающим коллектором продувочного воздуха (газа) 12. Одновременно включают механизм ворошения 6. Движущийся снизу вверх через слой продувочный воздух увлекает скопившуюся пыль в циклон, где наиболее крупные частицы оседают, а мелкие частицы выносятся вместе с газом. Продолжительность регенерации 2-3 мин.

В табл. приведены некоторые технические характеристики фильтров с неподвижным зернистым слоем.

Концентрация пыли на выходе из аппаратов 20-100 мг/м степень очистки меньше, чем в рукавных фильтрах (не более 99%), удельная газовая нагрузка на фильтрующую поверхность выше по сравнению с рукавными фильтрами.

В ряде отраслей промышленности разработаны и прошли заводские испытания зернистые фильтры перспективных конструкций, которые в ближайшие годы, по всей вероятности, составят новое поколение аппаратов этого типа. Среди них - кассетные многослойные зернистые фильтры с вертикальным слоем, фильтры с вертикальным криволинейным слоем, роторные фильтры с зернистым вращающимся слоем и т. д.

В зернистом фильтре с непрерывной регенерацией фильтрующего слоя, способствующей уменьшению вторичного уноса пыли и снижению гидравлического сопротивления аппарата [83], зернистый материал свободно пересыпают через сетку 2 для просеивания пыли, а затем интенсивно продувают в системе пневмотранспорта 6. Продувку одновременно используют для организации рецикла зернистого материала через пылеуловитель. Запыленный газ поступает в центральную полость аппарата, проходит через слой непрерывно опускающихся зерен насадки 4 и удаляется через патрубок 3. Уловленная пыль выводится через патрубок 5, а транспортирующий воздух с отдутой пылью через отвод 1 соединяется с общим потоком очищаемого газа.

Фильтр, рассчитанный по этой методике, успешно прошел испытания на промышленной пыли (гидрохлорид кальция, поливинилхлорид, персоль, металлический кремний) Усольского ПО «Химпром». При гидравлическом сопротивлении фильтрующего слоя, не превышающем 400-500 Па, пылеуловитель обеспечивал степень очистки 98-99%, что в сочетании с малыми капитальными и эксплуатационными затратами, компактностью и простотой конструкции позволяет считать его одним из перспективных образцов новой пылеочистительной техники.

Глава 2. ЗЕРНИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ С ПНЕВМОУДАРНОЙ

РЕГЕНЕРАЦИЕЙ ФЗГИ-Б

Зернистые фильтры с пневмоударной регенерацией ФЗГИ предназначены для очистки от пыли технологических и аспирационных выбросов всех типов сухим способом. Фильтры способны очищать выбросы с повышенной влажностью и температурой, эффективно улавливать пыль с высокой абразивностью, слипаемостью и электросопротивлением. Фильтры предназначены для работы в различных отраслях промышленности: химической, металлургической, горнодобывающей, угольной, пищевой, цементной, стекольной, кирпичной, других строительных материалов, в теплоэнергетике, машиностроении и других отраслях.

Выпускается два типа указанных фильтров: фильтры-циклоны ФЗГИ и фильтры безбункерного исполнения ФЗГИ-Б.

Фильтр ФЗГИ-Б состоит из корпуса, фильтровальной кассеты и пневмоударного генератора. Особенностью конструкции данного аппарата является отсутствие входного патрубка и бункера. Фильтр устанавливается непосредственно на обеспыливаемое укрытие, бункер, силос. Запыленный воздух поступает на фильтровальную кассету, в которой происходит улавливание пыли. После регенерации уловленная пыль сбрасывается непосредственно в обеспыливаемое оборудование без накопления, как обычно, в бункере фильтра.

Особенности зернистых фильтров с пневмоударной регенерацией:

- возможность компоновки высокоэффективных, надежных и малогабаритных пылеулавливающих установок производительностью от 1 до 50 тыс. м³ газа в час;

- сухой способ очистки, позволяющий возвращать уловленную пыль в производство;

- долговечность фильтроматериала (гравий и др.) (срок службы до 10 лет и более), отсутствие подвижных частей и, как следствие, надежность аппарата. Высокая степень очистки обеспечивается в течение всего срока службы аппарата;

- возможность работы как под разрежением, так и под давлением;

- эффективная ударная регенерация при минимальных затратах сжатого воздуха;

- минимальные эксплуатационные расходы и требования к обслуживанию.

Поставленные нами фильтры в течение ряда лет надежно работают в химической промышленности, на заводах железобетонных изделий, цементных, стекольных заводах, а также других предприятиях. Результаты эксплуатации подтвердили их высокую эффективность и надежность, а также преимущества по сравнению с другими типами аналогичных устройств.

ГЛАВА 3. УСТРОЙСТВО НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ГАЗОВ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ

Роторные зернистые фильтры (РЗФ) предназначены для очистки технологических газов до 1000 ^оС от котлов тепловых электростанций, металлургических печей, сушильных барабанов и другой металлургической теплотехники.

Как правило, РЗФ устанавливаются после аппаратов грубой очистки: жалюзийных пылеотделителей, циклонов и других механических сепараторов и эффективно функционируют при входной (начальной) запыленности 5-10 г/м³. Благодаря своей универсальности роторные фильтры находят применение в металлургии, производстве строительных материалов, в теплоэнергетической, химической, горнорудной и других отраслях промышленности.

Токсичность технологических газов приводит к деградации Природы, нарушениям и расстройствам здоровья персонала и населения, проживающего в непосредственной близости к источникам загрязнения.

Теплотехнические агрегаты следует оборудовать РЗФ для:

§ обеспечения чистоты воздуха окружающей среды;

§ соблюдения норм и положений, закрепленных законодательством Российской Федерации в сфере охраны труда, обеспечения работодателем безопасных условий и охраны труда (ст. 212, 219 Трудового Кодекса Российской Федерации), охраны природы.

§ возможность использования в одном аппарате электрических, магнитных и инерционных эффектов;

§ компактность, возможность размещения на минимальных площадях;

§ возможность использования при осаждении слипаемой пыли за счет применения импульсного метода регенерации и подвижке зернистого материала при вращении ротора;

§ универсальность (пылеуловитель, адсорбер);

§ высокая эффективность;

§ надежность в эксплуатации;

§ ремонтопригодность;

§ минимальный уровень энергозатрат;

§ возможность работы в любых климатических условиях вне помещения;

§ значительная пылеемкость фильтрующих элементов (адсорбент-абсорбент ВПЯМ высокопористый ячеечный материал).

Фильтр состоит из вращающегося ротора, коллектора очищенного газа и укрытия центральной части ротора. Укрытие состоит из 3 частей: основания, корпуса и кожуха.

Коллектор представляет собой короб, сваренный их листовой стали, к нижней части которого подсоединена система регенерации, а через верхнюю удаляется очищенный газ.

Ротор представляет собой конструкцию цилиндрической формы. К корпусу ротора крепятся кассеты с зернистым наполнителем. В поперечном сечении корпус разделен на 4 сектора, в каждом секторе три кассеты. Кассета зернистая состоит из объемного каркаса, выполнена которая из металлических решеток, между которыми засыпается зернистый материал крупностью 2-3 мм.

При вращении ротора зернистый материал имеет возможность пересыпаться за счет полости в кассете, что исключает связывание пыли в монолит и способствует эффективной регенерации. Ротор вращается на подшипниковых опорах, которые устанавливаются на эстакаде. Регенерирующий объем с кассетами изолируется от объема кассет, функционирующих в режиме фильтрации. Сигнал на подачу импульсов в системе регенерации осуществляется от конечных выключателей линейками, закрепленными на торцевых ребрах со стороны коллектора. Регенерация РЗФ производится импульсными камерами (ИК), работающими на смеси природного газа и воздуха - «газовые пушки» или с помощью сжатого воздуха («воздушные пушки»).

Глава 4. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОВРЕМЕННОГО

СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА ФИЛЬТРА С ЗЕРНИСТОЙ ЗАГРУЗКОЙ

зернистый фильтр газ пыль пневмоударный

Известен открытый скорый фильтр, состоящий из корпуса с дренажной системой, расположенной внизу, с уложенным на нее слоем зернистой загрузки и сборными желобами промывной воды, расположенными над загрузкой.

Основным недостатком фильтра является невысокая грязеемкость зернистой загрузки и производительность фильтра, так как основная часть загрязнений задерживается верхним слоем загрузки.

Указанный недостаток частично устранен в фильтре, который дополнительно снабжен гребковым устройством для рыхления загрузки, закрепленным на вертикальном валу.

К недостаткам этого фильтра относится сложность и ненадежность конструкции, досрочное окончание фильтроцикла из-за многократного разрушения хлопьев осадка гребками и преждевременного их выноса с очищенной водой.

Известен также фильтр с повышенной грязеемкостью слоя загрузки, дополнительно содержащий устройство для рыхления загрузки, состоящее из горизонтальной рамы, соединенной с поплавками, и плоских вертикальных зигзагообразных пластин, прикрепленных к раме.

К недостаткам фильтра относится сложность конструкции, многократное разрушение хлопьев задержанного в загрузке осадка, ведущее к досрочному окончанию фильтроцикла.

За прототип принят фильтр, содержащий набор параллельных неподвижных плоских пластин, вертикально установленных в зернистой загрузке, которые имеют гофрированные поверхности в верхней их части, расположенной над слоем зернистой загрузки.

За счет лучшей отмывки загрузки при трении о гофрированные части пластин при промывке и отчасти за счет пристеночного эффекта достигается повышенная грязеемкость слоя и увеличение его производительности.

Недостатком прототипа является невысокая грязеемкость слоя загрузки, так как основная часть загрязнений будет задерживаться в верхних ее слоях, а грязеемкость нижележащих слоев за счет пристеночного эффекта возрастает незначительно.

Указанная цель достигается тем, что пластины установлены под углом менее 90oC к горизонту (преимущественно 35-70oC), в верхнем слое загрузки выполнены в поперечном горизонтальном сечении зигзагообразными, гофрированными либо имеют другой поперечный профиль в виде системы параллельных лотков или желобов любой формы.

Предлагаемый фильтр (фиг. 1) состоит из корпуса 1, слоя зернистой загрузки 2, уложенной на поддерживающие слои 3 и дренажную систему 4. Над загрузкой расположены сборные желоба промывной воды 5. Фильтр оборудован трубопроводами подачи исходной воды 6 и отвода очищенной 7, а также подачи воды на промывку загрузки 8 и отвода грязной промывной воды 9. Плоские неподвижные пластины 10 частично погружены в верхние слои загрузки и установлены наклонно к горизонту. Причем плоские пластины 10 в поперечном сечении могут быть выполнены волнообразными, гофрированными либо быть другого профиля, представляющего собой систему параллельных лотков или желобов трапецеидальной, полукруглой или другой формы (см. фиг. 2).

Предлагаемый фильтр работает аналогично известному скорому фильтру. Очищаемая вода подается по трубопроводу 6 в корпус 1, фильтруется сверху вниз через слой 2, собирается системой 4, и очищенная вода отводится по трубе 7. После загрязнения загрузки 2 фильтр выключается на промывку. С этой целью на трубопроводах 6 и 7 закрываются задвижки, а на трубах 9 и 8 открываются. Включается насос, и по трубе 8 подается промывная вода, которая поступает снизу вверх, взвешивает и отмывает зерна загрузки. Загрязненная промывная вода собирается в 5 и отводится по 9 в канализацию. Причем при промывке загрузки зерна будут отмываться от загрязнений не только за счет трения друг о друга, но и за счет оттирания загрязнений при трении зерен о неподвижные наклонные пластины 10 и дополнительной турбулизации потока промывной воды между пластинами. Таким образом, наличие пластин 10 будет способствовать лучшей отмывке зернистой загрузки. После окончания промывки прекращается подача промывной воды по трубе 8 и происходит оседание расширенного слоя зерен загрузки. Однако при этом часть зерен загрузки осядет на наклонные пластины и будет сползать по ним вниз. Из-за шероховатости и наклона пластин скорость сползания будет меньше, чем скорость оседания зерен между пластинами. Поэтому после сползания этой части зернистой загрузки на уже осевший неподвижный слой остальной загрузки образуются холмистые участки, т.е. перед началом фильтроцикла поверхность слоя загрузки приобретает холмистый характер со значительно более развитой площадью фильтрующей поверхности, чем у известного фильтра. За счет этого достигается более высокая грязеемкость верхнего слоя загрузки по сравнению с прототипом. Кроме того, часть очищаемой воды через впадины между холмами и за счет пристеночного эффекта сразу будет поступать вдоль пластин в нижележащие средние слои загрузки, минуя верхние. Это также повысит грязеемкость нижележащих слоев и соответственно всего слоя загрузки по сравнению с известным фильтром.

После промывки предлагаемого фильтра также закрываются задвижки на 8 и 9 и открываются на трубопроводах 6 и 7. Фильтр снова включается в работу аналогично существующему.

Для подтверждения преимущества предлагаемого фильтра по сравнению с прототипом были проведены опыты на экспериментальной установке, представленной на фиг. 3. Установка состоит из трубопровода подачи исходной воды 1, бачка с постоянным уровнем воды 2 с переливной трубой 3, сифона 4, приемной воронки 5, четырех последовательно соединенных фильтровальных колонок 6, выполненных из оргстекла с размерами 100х100х1000 мм с отводным трубопроводом очищенной воды 8 и щита 7 с пьезометрическими трубками, которые соединены резиновыми шлангами при помощи штуцеров с колонками 6.

Опыты проводились на реальной воде, поступающей после горизонтальных отстойников. В качестве зернистой загрузки использовали альбитофир, который является одним из наиболее эффективных фильтрующих материалов. В каждую колонку внизу помещался слой щебня крупностью 5-10 мм и высотой 100 мм, а затем слой фильтрующей загрузки крупностью 0,8-2,0 мм (эквивалентный диаметр 1,2 мм) высотой 400 мм. Таким образом, общая высота слоя зернистой загрузки составляла 1,6 м. Секционирование общей высоты слоя загрузки осуществлялась по отдельным колонкам с целью изучения грязеемкости отдельных слоев загрузки по ходу фильтрования.

Расход подаваемой на колонки воды и соответственно скорость фильтрования определялись объемным способом и регулировались высотным положением сифона 4. Концентрации взвешенных веществ в поступающей и очищенной воде определялись по прозрачности на фотоэлектрокалориметре и затем находилась по тарировочной кривой в лаборатории завода хоз.-питьевой воды N1.

После окончания фильтроцикла каждая колонка промывалась отдельно, для чего на промываемой колонке снимался верхний колпак и устанавливалась вставка со сборным карманом промывной воды. Выходной шланг из нижней части колонки соединялся с водопроводом. Расход промывной воды регулировался вентилем, установленным на водопроводе. Вся вода после промывки собиралась в сборном бачке емкостью 35 л, и после тщательного перемешивания из бачка отбиралась проба грязной воды, в которой определялась концентрация взвешенных веществ. Общая грязеемкость слоя загрузки в промываемой колонке находилась как произведение концентрации взвеси на объем промывной воды, собранной в сборном бачке.

Когда колонки моделировали работу предлагаемого фильтра, в первую по ходу фильтрования колонку помещалась металлическая наклонная пластина (см. фиг. 3). Пластина имела в плане У-образную форму и погружалась в верхние слои загрузки во время ее промывки. Из-за малых размеров сечения колонки (100х100 мм) угол наклона пластины составлял около 60o, т.е. отличался от оптимального. Разница уровней загрузки над наклонной пластиной и под ней в этих опытах составляла примерно 100 мм.

Было проведено несколько сравнительных опытов. Поскольку СНИП 2.04.02-84 рекомендует скорость фильтрования для крупнозернистых фильтров 8-10 м/ч для песчаной загрузки и 9,5-12,0 м/ч для керамзитовой, в этих опытах скорость фильтрования была принята 10 м/ч. Результаты опытов представлены в таблице, откуда видно, что грязеемкость загрузки у предлагаемого фильтра в 1,75 раза выше известного при практически одинаковых условиях проведения опытов.

Дополнительно для подтверждения преимущества нового фильтра были проведены опыты с пониженной (N 3 и 4) и повышенной скоростями фильтрования (N 5 и 6). Как видно из таблицы, в этих опытах также предлагаемый фильтр имел в среднем в 1,45-1,75 раз выше грязеемкость загрузки по сравнению с известным фильтром и соответственно больше продолжительность фильтроцикла.

На протяжении всех опытов качество очищенной воды после колонок, моделирующих работу известного и предлагаемого фильтра, соответствовало ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая", т.е. содержание взвешенных веществ не превышало 1,5 мг/л.

Таким образом, как показали опыты, предлагаемый фильтр имеет более высокую грязеемкость загрузки и соответственно более высокую производительность по сравнению с известным при различных скоростях фильтрования, исходной концентрации взвеси и различной температуре очищаемой воды.

Дополнительно были проведены аналогичные сравнительные опыты с использованием песчаной и керамзитовой средне- и крупнозернистой загрузки, которые также подтвердили преимущества предлагаемого фильтра по сравнению с известным.

Оптимальная глубина погружения наклонных пластин в зернистую загрузку, угол их наклона и расстояние между ними зависят от вида и крупности загрузки, высоты ее слоя, скорости фильтрования, качества очищаемой воды, материала пластин и т. д. Эти параметры должны уточняться в каждом конкретном случае экспериментально.

Размещено на Allbest.ru