3.1. Аналіз існуючих засобів очищення повітря.
Рукавні фільтри
Рукавні фільтри - широко поширені та ефективні апарати пиловловлювання. Їх застосовують для відділення пилу від газів повітря в різних галузях промисловості: у чорній і кольоровій металургії, хімічної промисловості, промисловості будівельних матеріалів в текстильній, харчовій промисловості і т.д.
Рукавні фільтри являють собою апарати з корпусами прямокутної або круглої форми. Всередині корпусів підвішені рукава Діаметром від 100 до 300 мм, висотою від 0,5 до 10 м. Фільтрація повітря або газу здійснюється пропусканням запиленій середовища через рукава. Допустима запиленість газу в технічних характеристиках приведена при нормальних умовах. У рукавних фільтрах різної конструкції газ може переміщатися в напрямку зсередини рукава назовні або навпаки. Після того як на поверхні, що фільтрує накопичиться шар пилу, гідравлічне опір якого становить гранично допустиму величину, виробляють регенерацію рукавів (скидання в бункер накопичився шару пилу). Для регенерації використовують зворотну, імпульсну і струминну продувку або механічне струшування, яке може застосовуватися в поєднанні із зворотного продувкою.
Рис. 2.1. Будова рукавного фільтру.
Крім способу регенерації, рукавні фільтри розрізняються площею фільтруючої поверхні, допустимою величиною робочого тиску (розрідження), кількістю секцій, формою, діаметром, висотою і конструктивними особливостями рукавів (наявністю каркаса, кілець по висоті рукава тощо).
Рукавні фільтри забезпечують очищення повітря і газів від пилу (у тому числі високодисперсною) ефективністю 99% і вище.
Ступінь очищення газу в рукавних фільтрів визначається дисперсністю та іншими властивостями вловлюється пилу, якістю фільтрувального матеріалу, способом і режимом регенерації, величиною питомої газової навантаження, гідравлічного опору та ін.
Пропускна здатність рукавного фільтра залежить від площі поверхні, що фільтрує і питомої газової навантаження, яка визначається за експлуатаційними і досвідченим даним.
Рис. 2.2. Зовнішний вигляд рукавного фільтру.
Фільтрувальна установка
Фыльтрувальна установка відноситься до очищення газів від зважених твердих дрібнодисперсних частинок і може бути використане в кольоровій і чорній металургії, хімічної промисловості, промисловості виробництва будівельних матеріалів.
Винахід відноситься до очищення газів від зважених твердих дрібнодисперсних частинок і може бути використане в кольоровій і чорній металургії, хімічної промисловості, промисловості виробництва будівельних матеріалів.
В даний час для очищення газів від механічних домішок використовують мокрий і сухий методи очищення. Мокрий метод отримав менше поширення зважаючи на необхідність наявності значного запасу води, досить великий енергоємності, забивання апаратів вологою пилом, великого гідравлічного опору.
Набагато більше поширені різні реалізації сухого способу очищення газів, що вимагають використання фільтруючих установок специфічної конструкції, особливо при очищення відхідних газів з температурою до 1000°С.
Підвищені вимоги до таких установок пов'язані з термічною стійкістю керамічних фільтруючих елементів, їх стійкістю проти хімічного та корозійного впливу компонентів відхідних газів, а необхідна періодична очищення поверхні фільтруючого елемента шляхом регенерації зворотним потоком холодних газів знижує продуктивність установок і створює некеровані умови напруженого A1, 17.8.89; DE 4008742 С2, 14.04.94).
Найбільш близьким за технічною сутністю до даної установки є фільтрувальна установка для очищення від пилу гарячих газів, що відходять, містить розділові грати, в якій співвісно між собою в горизонтальних рядах розташовані фільтруючі елементи, центральний газовий канал фільтрувальної установки з отворами в бічній стінці і в днищі трубчастого газового каналу, через які неочищений газ надходить у простір між фільтруючими елементами, причому величина газового каналу в днище варіюється величиною отвору через пересувну регулюючу ґрати, а отвори в бічній стінці газового каналу обмежені екраном розділеним на окремі частини, який направляє в горизонтальному напрямку або в бункер з пилом орієнтований потік. (ДЕ 4338716 С1, від 18.05.95).
Центральне розташування вхідного газового каналу не забезпечує рівномірність газового потоку по фільтруючої поверхні елементів, що призводить до більш інтенсивного набору пилового шару на центральних фільтруючих елементах, ніж на периферійних, внаслідок чого не повністю використовується фільтрувальний ресурс до моменту регенерації. Вільне введення струменя газу прямого елемента, призводять до утворення мікротріщин і деградації ступеня очищення, а знижений тиск регенеруючого газу в верхній частині фільтруючого елемента не дозволяє повністю видалити пиловий осад за час регенерації, що знижує ККД фільтрувальної установки.
Зниження термічних напружень і підвищення ККД установки досягається тим, що, на відміну від відомого технічного рішення, фільтрувальна установка для очищення гарячих газів містить керамічні фільтруючі елементи, систему імпульсної регенерації, підвідний газовий канал консольно введений між протилежними стінками конічного бункера, нижня частина консольного підвідного газового каналу має щілину по всьому гідравлічного діаметру бункера, щілину розташована паралельно центральній осі підвідного газового каналу, ширина щілини становить від 0,3 до 0,7 гідравлічного діаметра бункера в області введення консольної частини підвідного газового каналу, керамічний фільтрувальний елемент у внутрішньому обсязі забезпечений багатогранної керамічною вставкою, межі вставки і внутрішня поверхню фільтруючого елемента утворюють сегментні канали, а верхня частина вставки виполия полягає у створенні регульованих гідравлічних потоків неочищеного газу, дозволяють забезпечити попередню гравітаційну очищення від великих частинок пилу, а конструкція фільтруючого елемента з керамічною вставкою зводить до мінімуму руйнують термічні напруги на етапах регенерації і вирівнює поле тисків по висоті фільтруючого елемента, що призводить до ефективного очищення фільтруючої поверхні керамічного фільтруючого елемента.
Рис. 2.3. Фільтрувальна установка в розрізі.
На рис.2.3 представлений розріз фільтрувальної установки.
Фільтрувальна установка містить корпус (1), конічний бункер (2), підводного газовий канал (3), канал для відведення очищеного газу (4), розділові грати (5), керамічні фільтруючі елементи (6), систему імпульсної регенерації (7), консольну частину підводного газового каналу (8), щілину консольної частини підводного газового каналу (9), внутрішній об'єм керамічного елемента (10), багатогранну керамічну вставку (11), сегментні канали (12), піраміду вставки (13).
Фільтрувальна установка працює у наступній послідовності.
Гарячі гази надходять через вхідний газовий канал 3 у консольну частина1, і розподіляється рівномірно - в просторі між фільтруючими елементами 6. При виході з щілини 9 за рахунок відцентрових сил і зміни газодинамічних характеристик потоку відбувається гравітаційна очищення газу від великих пилових частинок, а в об'ємі корпусу створюється рівномірний розподіл швидкостей газу, що визначає однакові умови фільтрувального процесу для безлічі керамічних фільтруючих елементів 6, закріплених в отворах роздільної решітки 5. Роздільна решітка 5 герметично поділяє обсяги корпусу з вхідним і очищеним газами, тому газ, вступаючи на зовнішню поверхню фільтруючих елементів, проходить через пористі керамічні стінки фільтруючого елемента 6 у внутрішній об'єм 10 і видаляється у відвідний газовий канал 4, а пилоподібні частинки у вигляді щільного пилового шару осідають на зовнішній поверхні фільтруючого елемента 6, збільшуючи гідравлічний опір пористої стінки і перешкоджаючи інтенсивності процесу фільтрації. Для відновлення пропускної здатності фільтруючого елемента через задані проміжки часу проводять імпульсну регенерацію стисненим повітрям. Для цього з системи імпульсної регенерації 7 подається по протравленно в кожен фільтруючий елемент за його центральної осі, потрапляє на вершину піраміди 13 керамічної вставки 11, розсікається на потоки і спрямовується в сегментні канали 12, де швидко прогрівається від поверхні граней вставки 11, що дозволяє знизити термічні напруги на внутрішніх стінках фільтруючого елемента 6 і створити рівномірний тиск регенеруючого газу повітря через пористу стінку фільтруючого елемента на шар щільного пилового осаду. Під дією регенеруючого газу (повітря) на внутрішню поверхню щільного пилового осаду шар відокремлюється від фільтруючої поверхні фільтруючого елемента 6, руйнується на великі фрагменти, які осідають в конічний бункер 2. Регенерація фільтруючих елементів 6 ведеться за групами, не зупиняючи основний процес фільтрації, що призводить до збільшення ККД установки.
Пропоноване технічне рішення було експериментально перевірено на демонстраційній мусоросжигающей установці НПФ «Термоэкология» в інтервалі температури відхідних газів 500-700°З, з витратою по газу до 100 м3/годину. Експериментально показано ефективність роботи фільтрувальної установки, що дозволила досягти ступеня очищення повітря ≈99,9% від продуктів спалювання твердих побутових відходів, а виконання прогнозувати можливість використання технічного рішення в комплексі енергетичних систем.
Рис. 2.4. Зовнішній вигляд фільтрувальної установки.
Фільтрувальна установка для очищення гарячих газів, що містить корпус, конічний бункер, газові канали для підведення і відведення очищеного газу, розділові грати з закріпленими на ній фільтруючими елементами, що відрізняється тим, що установка містить керамічні фільтруючі елементи, систему імпульсної регенерації, підвідний газовий канал консольно введений між протилежними стінками конічного бункера, нижня частина консольного підвідного газового каналу має щілину по всьому гідравлічного діаметру бункера, щілину розташована паралельно центральній осі підвідного газового каналу, ширина щілини становить від 0,3 до 0,7 гідравлічного діаметра бункера в області введення консольної частини підвідного газового каналу, керамічний фільтрувальний елемент у внутрішньому обсязі забезпечений багатогранної керамічною вставкою, межі вставки і внутрішня поверхню фільтруючого елемента утворюють сегментні канали, а верхня частина вставки виконана у вигляді піраміди з кількістю граней, рівним кількості граней вставки.