Фильтры. Фильтрование

1. ФИЛЬТРЫ

2. ФИЛЬТРОВАНИЕ

Фильтрация - процесс очистки газов от твердых или
жидких частиц с помощью пористых сред.
Фильтрование заключается в пропускании аэрозоля
через фильтровальные перегородки, которые допускают
прохождение воздуха, но задерживают аэрозольные
частицы в порах и между волокон, образуя на поверхности
перегородки слой.

3. ФИЛЬТРОВАНИЕ

При приближении частицы к волокну действует
механизмов, которые могут привести к ее улавливанию:
касание;
инерционный захват;
диффузия;
термофорез;
гравитационное осаждение;
ситовой эффект.
несколько
Осаждение частиц на поверхности пор фильтрующего элемента
происходит в результате совокупного действия:
эффекта зацепления,
диффузионного, инерционного и гравитационного механизмов.
Пыль при фильтровании в основном задерживается в результате
столкновения частиц с волокнами и нитями фильтровального
материала и прилипания частиц к волокнам.

4. ФИЛЬТРОВАНИЕ

Касание. Частица переносится вдоль линии тока газа к нити или волокну (препятствию). Если
частица движется мимо препятствия на расстоянии меньше своего радиуса, то она касается
препятствия и захватывается.
Инерция. Частица находится на линии тока, следуя которой она прошла бы мимо препятствия, не
касаясь его, но под действием инерции частица сходит с первоначальной линии тока. В результате
она сталкивается с препятствием. Чем больше частица, тем больше ее инерция, лучше условия для
захвата. При обычных скоростях течения в фильтрах этот механизм мало эффективен для частиц
диаметром менее микрометра.
Диффузия. Частица настолько мала, что ее траектория становится хаотичной из-за броуновского
движения. Захват может произойти, если случайное отклонение приводит частицу к волокну. Этот
механизм становится наиболее важным, когда размер частиц меньше 0,1 мкм.
Электростатическое осаждение. Частица и препятствие имеют заряды противоположных знаков,
вследствие чего частица притягивается к препятствию.
Термофорез. Частица смещается к препятствию под действием градиента температуры – от
высоких температур к низким.
Гравитационное осаждение. Частица смещается с линии тока, проходящей мимо препятствия к
самому препятствию под действием притяжения между частицей и волокном или под действием
земного тяготения. Этот эффект очень мал.
Ситовой эффект. Частица задерживается из-за того, что слишком велика, чтобы пройти через
данную пору или канал. Возможности осаждения за счет ситового эффекта, особенно при
прохождении потока через чистую ткань, ограничены, т. к. в большинстве случаев размеры частиц
значительно меньше размеров пор.

5. ФИЛЬТРОВАНИЕ

В реальных условиях процесс осаждения пылевых
частиц в фильтрах сопровождается коагуляцией* частиц
и соответствующим изменением проницаемости слоя.
Собственно рабочим слоем при фильтрации является
именно фильтровальный материал с осажденными на
нем
пылевыми
частицами.
Он
и
определяет
эффективность очистки.
При отложении пыли возрастает гидравлическое
сопротивление,
уменьшается
производительность
фильтра.
По достижении некоторого значения сопротивления пыль
периодически
удаляют.
Этот
процесс
называется
регенерацией фильтра.
*Коагуляция — объединение мелких диспергированных частиц в бо́льшие по
размеру агрегаты.

6. ФИЛЬТРЫ

Фильтры для очистки газовых выбросов делятся на:
волокнистые,
тканевые,
зернистые: насыпные, пористые.
Волокнистые фильтры обычно не очищают. Их используют,
когда концентрация частиц низка (<2 г/м3) и фильтр может
прослужить достаточно долго, не требуя замены.
Тканевые фильтры используют там, где необходимо достичь
высокой эффективности и где условия позволяют использовать
фильтр без его повреждения. Применение фильтров ограничено
температурами, превышающими 500-600 К,
при
которых
разрушается ткань, а также составом газа.
Зернистые фильтры используют для первичной фильтрации
при температурах, превышающих 500-600 К. Эти фильтры
громоздки и тяжелы.

7.

ВОЛОКНИСТЫЕ
ФИЛЬТРЫ

8. ВОЛОКНИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ

Волокнистыми фильтрами называют пористые перегородки,
составленные из беспорядочно расположенных, однако более или
менее равномерно распределенных по объему волокон, каждое из
которых принимает участие в осаждении аэрозольных частиц.
Для создания фильтрующих перегородок используют как естественные,
так и специально изготовленные волокна толщиной 0,01—100 мкм,
например, отходы текстильного производства, шлаковую вату,
целлюлозно-асбестовые волокна, стекловолокно, волокна из кварца,
базальта,
графита,
различных
металлов,
алюмоборсиликатов,
полимеров, и т. п.
Скорость фильтрации - 0,01—0,15 м/с,
Сопротивление волокнистых фильтров:
чистых фильтров не более 200—300 Па,
забитых пылью фильтров — 700—1500 Па.
Улавливание частиц в фильтрах тонкой очистки происходит в основном
за счет броуновской диффузии и эффекта касания.

9.

ВОЛОКНИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ
Плетеный связанный
полиэфир
Полиэфирный нетканый
материал
Вид спереди - увеличение 100x

10. Иглопробивные волокна 600-700 проникновений иглы на 1 см2

ВОЛОКНИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ
Иглопробивные волокна
600-700 проникновений иглы на 1 см2

11. BHA-TEX, 2000- кратное увеличение

BHA-TEX , 2000- кратное увеличение
Эта точка показывает
частицу размером
1микрон
Структура, подобная
паутине, собирает
субмикронные
частицы, но позволяет
проходить воздуху.

12. ВОЛОКНИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ

В связи с высокой пористостью аэрозольные частицы легко
проникают в глубину пористой перегородки и сепарация их
осуществляется всем объемом загрузки фильтра.
Это фильтры объемного действия, так как рассчитаны на
улавливание и накапливание частиц преимущественно по
всей своей глубине.

13. ВОЛОКНИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ

Расстояния между цилиндрическими волокнами весьма значительны по
сравнению с размерами частиц (в 5…10 раз превышают размеры частиц).
Частицы под действием сил инерции стремятся перемещаться
прямолинейно, сталкиваются с волокнами и удерживаются ими на их
поверхности силами межмолекулярного взаимодействия. Частица
осаждается не только в том случае, когда ее траектория пересечется с
поверхностью тела, но и в случае пересечения линии тока на расстоянии
от поверхности тела, равном ее радиусу.

14. ВОЛОКНИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ

Механизм улавливания частиц в волокнистых фильтрах в значительной
мере определяется размерами частиц.
Мелкие частицы, обладающие малой инерцией, могут вместе с газовым
потоком обогнуть волокно. Самые мелкие частицы могут столкнуться с
волокном, участвуя в броуновском движении, и прилипнуть к поверхности
волокна. Поэтому для частиц размером менее 0,3 мкм преобладает
диффузионное осаждение.
Для более крупных частиц все большую роль играют эффекты касания и
инерции.

15. ВОЛОКНИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ

16. ВОЛОКНИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ

На пути движения запыленного потока расположено обычно несколько рядов
волокон, что, естественно, значительно повышает общую эффективность
осаждения.
В фильтрах уловленные частицы накапливаются в порах или образуют
пылевой слой на поверхности перегородки и сами становятся для вновь
поступающих частиц частью фильтра. При этом доминирующим
механизмом становится ситовой эффект.

17. ВОЛОКНИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ

Регенерация отработавших волокнистых фильтров в
большинстве случаев затруднена и нерентабельна.
Они предназначены для длительной работы (в течение
0,5—3 лет). По окончании срока службы отработавшую
фильтрующую среду заменяют новой за исключением
проволочных экранов большой емкости
Волокнистые фильтры широко применяют для очистки
атмосферного воздуха в системах приточной
вентиляции, кондиционирования и воздушного отопления,
а также в ряде установок специального назначения.
Промышленные волокнистые фильтры применяются
для улавливания твердых или жидких частиц из газов и
воздуха во время проведения технологических процессов
или выбрасываемых в атмосферу.

18. ВОЛОКНИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ

19. ВОЛОКНИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ

20. ВОЛОКНИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ

Волокнисто-пористый фторопласт

21.

ЗЕРНИСТЫЕ
ФИЛЬТРЫ

22. ЗЕРНИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ

Очистка газов может быть осуществлена с помощью зернистых
(гранулированных) фильтров, в которых газ пропускается через
один или множество слоев гранул, имеющих размер, много
больший размера улавливаемых частиц.
Зернистые фильтры периодически очищают от накопившихся
частиц (подвергают регенерации).
Для очистки газов способны работать при повышенных (до 400 С)
температурах, а в случаях применения специальных сталей могут
функционировать и при высоких (до 700 С) температурах. Поэтому
их нередко применяют для очистки высокотемпературных газов.
Получили широкое применение в очистке высокотемпературных
газов, улавливают слипающиеся абразивные и высокоомные
пыли. Их применяют тогда, когда нецелесообразно
использование рукавных и электрофильтров.

23. ЗЕРНИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ

24. НАСЫПНЫЕ ЗЕРНИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ

Зернистые насыпные фильтры имеют фильтрующий
слой, состоящий из зерен, сферической формы.
Зерна, размером от 0,2 до 2,0 мм образуют
фильтрующий слой высотой до 100-150 мм.
В качестве насадки в насыпных фильтрах используют
песок, керамзит, гальку, шлак, дробленые горные
породы, древесные опилки, кокс, крошку резины,
пластмасс и графита и другие материалы в зависимости
от того, какие требования предъявляет процесс.
В зависимости от улавливаемых видов пыли и режима
функционирования:
степень очистки газов - 95 - 99%;
скорости фильтрации - 10 - 40 м/мин;
гидравлическое сопротивление - 1300 - 3000 Па.

25. ЗЕРНИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ

Очистка
газа
от
пыли
осуществляется
путем
прохождения
его
через
насыпной
слой
гранул
высотой 100-150 мм.
Регенерацию фильтрующего
слоя
выполняют
механическим ворошением
в комплексе с обратной
продувкой.
При
обратной
продувке
запыленный воздух проходит
циклон и смешивается с
неочищенным газом.

26. НАСЫПНЫЕ ЗЕРНИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ

Преимущества:
просты и доступны в исполнении,
способны очищать высокотемпературные газы,
способны очищать газы и воздух, содержащие
различные агрессивные среды и высокую
концентрацию пыли.
Кроме фильтрования,
выполнять функции:
сорбента;
теплоносителя;
катализатора.
гранулы
фильтра
могут

27. ЖЕСТКИЕ ПОРИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ

В жестких пористых фильтрах зерна слоя прочно связаны в результате
спекания, прессования или склеивания - пористые керамика (поролитовые)
и металлокерамика (металлопористые), стекло, графит, металлы и их карбиды,
пористые пластмассы.
Жесткие пористые элементы могут регенерироваться следующими
методами:
продуванием воздуха или газа в направлении, противоположном
рабочему потоку;
пропусканием жидких растворов в обратном движению газа
направлении, иногда при одновременном воздействии на жидкость
ультразвуком;
пропусканием горячего пара (при забивании фильтров парафином)
или струй горячих газов для выжигания смолистых примесей;
простукиванием или вибрацией трубной решетки с элементами,
устанавливаемой в эластичном уплотнении, или самих элементов,
закрепленных на перегородке с помощью резиновых патрубков.
Трудность регенерации жестких перегородок вызвана глубоким
проникновением высокодисперсных частиц в поры при полном удалении
слоя пыли с поверхности.

28. ЖЕСТКИЕ ПОРИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ

Главное преимущество: высокая устойчивость к высоким
температурам (до 1300 С), коррозии и механическим нагрузкам
Недостатки:
высокая стоимость,
большое гидравлическое сопротивление,
трудность осуществления длительной регенерации, что
значительно сокращает срок их службы.
Жесткие пористые фильтры применяются для фильтрации
сжатых газов, когда требуется выдержать высокий перепад
давлений, а также при температурах 300– 500°С и редко
применяются в системах очистки воздуха или газов большой
производительности из-за высокого сопротивления и низкой
скорости фильтрации.
Металлопористые зернистые фильтры обладают высокой
стойкостью к резким изменениям температуры (термоударам) и
применяются для очистки небольших объемов газов.

29. ТКАНЕВЫЕ ФИЛЬТРЫ

30. ТКАНЕВЫЕ ФИЛЬТРЫ

Тканевые фильтры используют там, где необходимо
достичь высокой эффективности и где условия
позволяют использовать фильтр без его повреждения
или нанесения ущерба процессу.
С помощью тканевых фильтров улавливаются малые
частицы размерами вплоть до молекулярных,
оседающие благодаря высоким коэффициентам
диффузии.

31. ТКАНЕВЫЕ ФИЛЬТРЫ

Основой тканевого фильтра является гибкая пористая паутина текстильного
материала из натуральные или синтетические волокна, которая
используется для отделения твердого дисперсного материала от газового
потока.
Обычно фильтры изготавливают из тканых или валяных набивных
материалов, которые служат подложкой для слоя пыли. В большинстве
случаев именно слой пыли обеспечивает высокую интенсивность
захвата частиц, после того как образуется однородный слой на
поверхности фильтра.
Ткань периодически очищается от накопившихся частиц.

32. ТКАНЕВЫЕ ФИЛЬТРЫ

В тканевых фильтрах используются:
хлопчатобумажные ткани;
шерстяные ткани;
ткань из волокна орлон;
стекловолоконные ткани;
байка с добавлением капроновых волокон;
нитроновые ткани;
лавсановые ткани;
полиэфирные ткани;
полипропиленовые ткани;
полиамидные ткани.
Применение тканевых фильтров ограничено температурами
до 200-300°C, а также составом газа или частиц, которые
могут разрушить ткань или не поддаются удалению из
фильтра.

33. Глубинная очистка (фильтрация)

Рабочая сторона
Обратная сторона

34.

BHA-TEX® - Пористая мембрана из
политетрафторэтилена для улавливания пыли
Микропористая мембрана, ламинированная на традиционное волокно для
фильтрации. Polytetrafluoroethylene a.k.a тефлон®
Пылевой
кек
BHA-TEX®
Среда

35. Поверхностная очистка (фильтрация)

Рабочая сторона
Обратная сторона
Мембрана из политетрафторэтилена (ПТФЭ) состоит из паутины переплетенных
прядей волокон, образующих миллионы проходов для воздуха, намного меньших
размера макрочастиц.
Так как мембрана производится по технологии Teflon®, ее поверхность является
скользкой; в результате повышается эффектривность очистки фильтровальных
рукавов при меньших затратах энергии.

36. ТКАНЕВЫЕ ФИЛЬТРЫ

Один из немногих материалов, не подверженных старению

37. ТКАНЕВЫЕ ФИЛЬТРЫ

38. РУКАВНЫЕ ФИЛЬТРЫ

Наиболее распространенным
типом
тканевого
фильтра
является рукавный фильтр.
Главным элементом такого
фильтра является рукав (или
катридж, патрон), изготовленный
из фильтровальной ткани.

39. РУКАВНЫЕ ФИЛЬТРЫ

Каждый рукав имеет упорное
кольцо из нержавеющей стали,
установленное на фильтр,
которое при установке надежно
крепится в трубной решетке,
обеспечивая уплотнение.
Для поддерживания ткани рукава
предусмотрена проволочная
сетка из мягкой стали (или
нержавеющей стали). Сетка
предназначена для равномерного
поддерживания ткани и
сокращает прогиб и
абразивный износ рукава, тем
самым, обеспечивая оптимальный
выпуск пыли во время очистки.
Верхние концы рукавов
закрываются крышками,
которые имеют крючки для
подвески на раме.

40. РУКАВНЫЕ ФИЛЬТРЫ

Рукавные фильтры чаще всего изготавливают многосекционными.
Фильтры работают с всасыванием или нагнетанием газа.

41. РУКАВНЫЕ ФИЛЬТРЫ

42. РУКАВНЫЕ ФИЛЬТРЫ

43. РУКАВНЫЕ ФИЛЬТРЫ

Классификация рукавных фильтров возможна по
следующим признакам:
место расположения вентилятора относительно
фильтра
(всасывающие
работающие
под
разрежением; нагнетательные - работающие под
давлением);
способ регенерации ткани (встряхивание, обратная
продувка, импульсная продувка и др.);
наличие и форма корпуса для размещения ткани прямоугольные,
цилиндрические,
открытые
(бескамерные);
число секций в установке (одно- и многокамерные);
вид используемой ткани (к примеру, стеклоткань).

44. РУКАВНЫЕ ФИЛЬТРЫ

Для повышения эффективности золоулавливания
тканевый фильтр необходимо периодически
регенерировать, но глубокая регенерация недопустима,
поскольку наличие слоя частиц на ткани повышает
степень их улавливания.
hэф DРф
t

45. РУКАВНЫЕ ФИЛЬТРЫ

Очистку встряхиванием и обратным потоком применяют тогда,
когда рукава открыты снизу и закрыты сверху.

46. РУКАВНЫЙ ФИЛЬТР

47. Рукавный фильтр с импульсной продувкой

РУКАВНЫЙ ФИЛЬТР С ИМПУЛЬСНОЙ ПРОДУВКОЙ
Импульсная очистка применяется для рукавов,
открытых сверху и закрытых снизу.
Эта система не требуют обычного разделения на
отсеки и один ряд рукавов или несколько их рядов
могут очищаться, в то время как соседние рукава
продолжают собирать пыль.

48. ИМПУЛЬСНАЯ ПРОДУВКА ФИЛЬТРА

49. РУКАВНЫЕ ФИЛЬТРЫ

Преимущества современных рукавных фильтров :
повышенная эффективность улавливания чрезвычайно
мелких частиц (размером 0.3 - 1.0 мкм)
эффективная очистка фильтра
просты в эксплуатации, надежны
больший срок службы рукавов (9-42 месяцев)
максимальная температура газов до 200-300°C
стойкость к влаге в потоке газа (эффективны в случае
высокой влажности или в случае чрезвычайно липких
макрочастиц)
3
остаточная запыленность на уровне 1 - 15 мг/м
самая высокая эффективность очистки, имеющуюся на
рынке (98 - 99.99+%)
умеренная стоимость

50. Опыт применения рукавных фильтров Альстом

Цикл очистки:
300 -3600 сек
Температура газа:
65 - 240 °C
Мощность котла:
от 10 до 750 МВт
Поток газа:
10 - 1300 м3/сек
Входная запыленность:
2 - 100 (до 1700) г/нм3)
Скорость фильтрации:
50 - 105 м/час
Гарантированная выходная
запыленность:
5 - 115 мг/нм3
Гарантированная потеря давления:
Минимальный срок службы рукавов:
(в зависимости от процесса)
1500 - 2200 Па
12 - 42 месяца
или 8000 - 28000 час.

51. РУКАВНЫЕ ФИЛЬТРЫ

Преимущества:
- могут использоваться за котлами любой
производительности;
- в рукавных фильтрах при удалении золы с
высоким содержанием CaO>15-20% на
фильтре происходит связывание оксидов
серы с образованием CaSO3 и CaSO4 на
поверхности золы, при этом ΔSOx=40-50%.

52. РУКАВНЫЙ ФИЛЬТР ФРО-12000 ДЛЯ БЛОКА 800МВт

53. РУКАВНЫЕ ФИЛЬТРЫ фирмы ЭКОФильтр