Расчет тканевого рукавного фильтра

Расчет тканевых фильтров сводится к определению площади фильтрации, на основе которой выбирают типоразмер фильтра и способ регенерации. Кроме того, определяют его гидравлическое сопротивление и продолжительность работы между регенерациями. Площадь фильтрации зависит, прежде всего, от объема запыленного воздуха с учетом его увеличения за счет увлажнения и подсоса, нагрева и охлаждения при движении по газовому тракту, а также от газовой нагрузки.

[м³/(м² • мин)] или от эквивалентной ей скорости фильтрования. Величину удельной газовой нагрузки на фильтр можно определить из выражения.

где q_u — нормативная удельная нагрузка, зависящая от вида пыли и ее слииаемости, принимаемая равной q_H =1,2 м³/(м² • мин) — для возгонов черных и цветных металлов, активированного угля; q_H =1,7 м³/(м² • мин) — для кокса, летучей золы, порошков металлов, оксидов металлов; q_H = 2,0 м³/(м²мин) — для горных пород; — коэффициент, учитывающий способ регенерации и принимаемый равным: С = 1,0 — при импульсной регенерации; Cj = 1,1 — при импульсной регенерации нетканых материалов; С = 0,7—0,85 — при регенерации обратной продувкой с встряхиванием; C_t = 0,55—0,7 — при регенерации обратной продувкой без встряхивания; С₂ — коэффициент, учитывающий начальную запыленность газа и принимаемый равным: С₂ = 1,1 — при запыленности газа 1—5 г/м³; С₂ = 1,0 — при запыленности газа 5—20 г/м³; С₂ = 0,9 — при запыленности газа 20—70 г/м³; С₂ = 0,8 — при запыленности газа > 70 г/м³; С₃ — коэффициент, учитывающий дисперсный состав пыли: С₃ = 1,2—1,4 — при d_m > 100 мкм; Сз =1,1 — при d_m = 50— 100 мкм; Сз = 1,0 — для d_m = 10—50 мкм; С₃ = 0,9 — при d_m = 3—10 мкм; 6/ = 0,7—0,8 — при d_m < 3 мкм; С₄ — коэффициент, учитывающий влияние температуры газа: С₄ =1,0 — при температуре 20 °C; С₄ = 0,9 — при температуре 40 °C; С₄ = 0,84 — при температуре 60 °C; С₄ = 0,78 — при температуре 80 °C; С₄ = 0,75 — при температуре 100 °C; С₄ = 0,73 — при температуре 120 °C; С₄ = 0,72 — при температуре 140 °C; С₄ = 0,7 — при температуре 160 °C; С₅ — коэффициент, учитывающий требования к качеству очистки газа, оценивается по концентрации пыли в очищенном газе: С-, = 1,0 — при концентрации 30 мг/м³ и выше; С-, = 0,95 — при концентрации 10 мг/м³ и ниже.

Полное гидравлическое сопротивление фильтра Ар складывается из сопротивления корпуса аппарата Др_к и сопротивления фильтровальной перегородки Ар^.

Гидравлическое сопротивление корпуса фильтра определяется величиной местных сопротивлений на входе и выходе газа из аппарата и распределением потока по фильтровальным элементам:

где % — коэффициент сопротивления, отнесенный к скорости газа во входном патрубке фильтра (при стандартной скорости газов, равной 5—15 м/с, = 1,5—2,5).

Гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки при проведении технических расчетов можно найти по эмпирической формуле.

где — скорость фильтрации, м/с; р — динамический коэффициент вязкости газа, Па-с; d_m — среднемедианный размер пылевых частиц, м; г_тк — пористость ткани; р_ч — плотность частиц пыли, кг/м³; t_ф — время работы фильтра с момента его включения, с; /?о — удельное гидравлическое сопротивление фильтровального материала, отнесенное к толщине, равной 1 м, при скорости воздуха 1 м/с, Па; е_п — пористость слоя пыли.

Пористость слоя пыли зависит от ее дисперсности и может быть вычислена из выражения.

Удельное гидравлическое сопротивление ткани можно принимать равным /г₀ = 0,84−10⁵ Па — для шерстяной ткани; h₀ = 0,83- Кг Па — для нитрона НЦМ; Л₀ = 27−10⁵ Па — для стеклоткани.

Динамический коэффициент вязкости газа при рабочих условиях (Па-с):

где р — коэффициент динамической вязкости газа, для воздуха ро = 17,5 • 1(Г⁶ Па-с; Т₀ = 273 °C — температура газа в нормальных условиях; Т_г — температура очищаемых газов, °С; с — принимаемая в соответствии с таблицей физических величин постоянная, зависящая от состава газа.

Постоянные фильтрования можно определить по следующим формулам:

При ориентировочных расчетах значений коэффициентов А и В можно брать из табл. 5.1.

Таблица 5.1

Значения коэффициентов А и В (ткань лавсан).

Если величина оптимального перепада давления на фильтровальной перегородке задана, то можно найти гидравлическое сопротивление фильтрующей перегородки Арф и продолжительность периода фильтрования т. е. время между регенерациями:

где Др — сопротивление фильтрующей перегородки, Па; Ар₂ — сопротивление лобового слоя уловленной пыли; А и В — постоянные фильтрования, определяемые в соответствии с данными таблицы или по формулам.

Количество пыли, осаждающейся на единицу площади фильтра за время.

Оптимальная продолжительность фильтрации находится экспериментально, но упрощенно ее можно определить, задав величину временного гидравлического сопротивления слоя пыли Д/?2- Для мелких пылей она не должна превышать 600—800 Па, а для крупных с медианным размером 20 мкм — 250−350 Па.

Общий объемный расход газа, проходящего через фильтр при регенерации с обратной продувкой:

где V] — объемный расход газа, подводимого к фильтру, с учетом содержания водяных паров и подсосов, но тракту между технологическим агрегатом и фильтром при рабочих условиях, м³/ч; V_p — объемный расход воздуха, подаваемого на обратную продувку и подмешивающегося к очищаемому газу, м³/ч, предварительно может быть определен из выражения.

где t_p — время отключения секции на обратную продувку (обычно на 1—2 мин); п_р — количество регенераций в течение 1 ч, определяется по формуле.

Необходимую площадь фильтрации аппарата F²) предварительно определяют из выражения.

где <7ф — удельная газовая нагрузка при фильтровании, м³/(м²-мин).

Выбор фильтра производят по каталогам с запасом 10—15%. Фильтрующую поверхность, отключаемую на регенерацию, находят по формуле.

где N_c — число секций; F_c — фильтрующая поверхность секции.

Затем уточняют расход воздуха, подаваемого на продувку в течение 1 ч:

После этого находят окончательную площадь фильтров по формуле.

Удельную газовую нагрузку qф [м³/(м²мин)], выбранного фильтра находят из выражения.

Продолжительность фильтрации для любой секции фильтра должна быть больше суммарной продолжительности регенерации остальных секций:

При расчете фильтров, работающих с импульсной регенерацией, расход воздуха нс превышает 0,2% от расхода очищаемого газа и при проведении расчетов не учитывается. Рассмотрим пример решения задачи.

Задача 5.1. Выбрать и рассчитать рукавный фильтр из ткани лавсан, предназначенный для очистки газов сталеплавильной печи, при следующих исходных данных: расход газа при нормальных условиях VJJ_r = 125 000 м³/ч, температура газа перед фильтром Т= 145 °C, барометрическое давление Рб_ар= 101,3 кПа, разрежение перед фильтром Р_г = 300 Па, динамический коэффициент вязкости и плотность газа при нормальных условиях соответственно: р₀ ⁼ 17>9 Па-с (при С = 124), р_0г = 1,3 кг/м³. Концентрация пыли в газе перед фильтром при нормальных условиях Zq = 13,3 г/м³, средний размер частиц пыли d_m = 3 мкм, плотность частиц ныли р_ч = 5500 кг/м³. Гидравлическое сопротивление фильтра нс должно превышать Ар = 1,4 кПа.

Решение.

1. Принимая допустимую температуру газа для ткани лавсан равной 130 °C, определяем подсос воздуха V₀b ^с температурой Т= 20 °C перед фильтром, необходимый для охлаждения газа с Г_г = 145 °C до T_v = 130°С:

2. Полный расход газа, идущего на фильтрование, при нормальных условиях (м³/ч):

3. Полный расход газа, идущего на фильтрование, при рабочих условиях (м³/ч):

4. Запыленность газа перед фильтром при рабочих условиях (г/м³):

5. Допустимая газовая нагрузка на фильтр (скорость фильтрации) в данных условиях может быть определена по формуле (5.33) (м³/(м²? мин)):

6. Полное гидравлическое сопротивление фильтра складывается из сопротивления корпуса Ар_к и сопротивления фильтровальной перегородки Ар_ф:

7. Плотность газа при рабочих условиях (кг/м³):

где w_&x. — скорость газа при выходе в фильтр; принимаем 8 м/с; ^вх^— коэффициент сопротивления; принимаем 2.

9. Сопротивление фильтровальной перегородки Д/?ф складывается из сопротивления запыленной ткани Др и сопротивления накапливающегося слоя пыли Д/з₂. Постоянные фильтрования принимаем в соответствии с данными, приведенными в табл. 5.1:

10. Динамический коэффициент вязкости газа при рабочих условиях:

aside class="viderzhka__img" itemscope itemtype="http://schema.org/ImageObject">

• 11. Гидравлическое сопротивление собственно фильтровальной перегородки при Ар = 1,4 кПа равно (Па):
• 12. Продолжительность периода фильтрования между двумя регенерациями (с):

13. Число регенераций в течение 1 ч:

где t_p = 40 с — продолжительность процесса регенерации (это значение задаем).

14. Расход воздуха, идущего на регенерацию, рассчитываем с учетом того, что скорость обратной продувки равна скорости фильтрования (м³/ч):

15. Предварительно определяем необходимую фильтровальную площадь:

16. Выбираем с запасом 10—15% но площади фильтр ФРО-7000 с поверхностью фильтрования F = 7182 м², состоящий из N_c = 14 секций с поверхностью фильтрования каждой по.

р

F_c = —= 513 м² (см. приложение 10, табл. 10.1).

/V (.

17. Площадь фильтрования, отключаемая на регенерацию в течение 1 ч (м²):

18. Уточненное количество воздуха, расходуемое на обратную продувку в течение1 ч (м³/ч):

19. Окончательная площадь фильтрования (м²):

Это значение близко к значению площади фильтрования выбранного фильтра.

20. Продолжительность периода фильтрования должна быть выше суммарного времени регенерации работающих секций:

т.е. в нашем случае данное условие выполняется.

21. Фактическая удельная газовая нагрузка (м³/(м² мин)):

т.е. близка к расчетной, равной q' = 0,57; следовательно, фильтр выбран правильно.