Задание №3 Расчет рукавных фильтров с обратной продувкой

Задание №3

Расчет рукавных фильтров с обратной продувкой

В промышленности наибольшее применение получили рукавные фильтры. Зернистые фильтры находят ограниченное применение в основном в цементной промышленности. Их недостаток − высокое гидравлическое сопротивление и сложности регенерации.

Стоимость очистки в фильтрах разной конструкции меняется в широких пределах. Очистка в рукавных фильтрах оценивается в 19-43 руб./1000 м3, в зернистых фильтрах − 25-40 руб./1000 м3 в электрофильтрах − 70-150 руб./1000 м3, а очистка с помощью мокрых пылеуловителями − 50-150 руб. /1000 м3.

Таким образом, рукавные и зернистые фильтры наиболее приемлемы по степени улавливания тонкой пыли и по технико-экономическим показателям.

Фильтры рассмотренных типов имеют достаточно хорошую эффективность. Степень очистки достигает 99,5%, в том числе для мелкодисперсных (< 3 мкм) пылей.

1 Порядок расчета

Необходимая поверхность фильтра определяется исходя из газовой нагрузки:

qф = qн ∙K1∙K2∙K3∙K4∙K5 (1)

где qн - константа газовой нагрузки для различных видов пылей, м3/(м2∙мин);

K1 − коэффициент, учитывающий способ регенерации;

K2 − коэффициент, учитывающий начальную запыленность газов C0, г/м3, который определяется по таблице 1;

K3 − коэффициент, учитывающий медианный диаметр пыли dm;

K4 − коэффициент, учитывающий температуру газа Тг;

K5 − коэффициент, учитывающий требования к уровню очистки.

Все величины, кроме K2 определяются по таблице 2.

Таблица 1 – Зависимость коэффициента K2 от запыленности газа

Запыленность газа, C0, г/м3	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Коэффициент K2	1,00	0,95	0,92	0,90	0,87	0,86	0,855	0,85	0,84	0,83

Таблица 2 − Значения констант для определения необходимой поверхности фильтра

Пара метр	Тип пыли	Значе- ние
qн	Жмых, зерно, комбикорм, мука, кожа, опилки, табак, картон.	3,5
Асбест и другие волокнистые материалы, в том числе целлюлозные; пыль, образующаяся при выбивке отливок из формы, гипс, гашеная известь, соль, песок и пыль от пескоструйных аппаратов, кальцинированная сода, тальк.	2,6
Глинозем, плавиковый шпат, каолин, известняк, кварц, руда, уголь, цемент, порошковые пигменты, резина, сахар.	2,0
Кокс, летучая зола, порошки металлов, оксиды металлов, пластмассы, красители, силикаты, крахмал, сухие химикаты из нефтяного сырья.	1,7
Технический углерод, активированный уголь, моющие вещества, возгоны цветных и черных металлов.	1,2
К1	Импульсная регенерация ткани	1,0
Импульсная регенерация нетканых материалов	1,1
Обратная продувка со встряхиванием	0,7-0,85
Обратная продувка без встряхивания	0,55-0,7
К3	dm > 100 мкм	1,2-1,4
50 < dm< 100	1,1
10 < dm< 50	1,0
3 < dm< 10	0,9
dm < 3мкм	0,7-0,9
К4	= 20°С	1
= 40°С	0,9
= 60°С	0,84
80°С	0,78
= 100°С	0,75
= 120°С	0,73
= 140°С	0,72
= 160°С	0,70
К5	Концентрация пыли в очищенном газе 30 мг/м3 и выше	1
Концентрация пыли в очищенном газе менее 30 мг/м3	0,95

Скорость фильтрации через ткань, которая является эквивалентом газовой нагрузки определяется по формуле:

  (2)

Полное гидравлическое сопротивление фильтра определяется по формуле:

  (3)

где − Др полное гидравлическое сопротивление корпуса аппарата и фильтра, Па;

Дрк – гидравлическое сопротивление корпуса аппарата, Па;

Дрф − гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки, Па.

Потеря давления при прохождении очищаемого газа через корпус аппарата определяется по формуле:

(4)

где о – коэффициент гидравлического сопротивления корпуса аппарата (без фильтровального слоя).

Величина о при конструировании фильтров обычно принимается равной 1,5 …2,0.

Гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки складывается из постоянной составляющей Др1 – сопротивления фильтровальной перегородки с учетом пыли, оставшейся после регенерации, и переменной составляющей и  Др2 – сопротивления перегородки за счет вновь осевшей на ней пыли,

  (5)

  (6)

где А – коэффициент, характеризующий сопротивление фильтровальной перегородки, м-1;

µ − коэффициент динамической вязкости газа, Па·с.

Формула применима для ламинарного движения газового потока.

Следует иметь в виду, что общее сопротивление рукавных фильтров не должно превышать 2800 Па, а сопротивление слоя пыли на перегородке 600…800 Па.

Исходя из оптимальных условий работы фильтра величина Др2 может приниматься равной 600-800 Па для пыли с медианным диаметром dm < 20 мкм и 250-350 Па при dm > 20мкм.

Необходимая продолжительность периода фильтрации между регенерациями определяется по формуле:

  (7)

где В – коэффициент, м/кг;

С – начальная запыленность газа, кг/м3.

Фактическая динамическая вязкость газа (воздуха) определяется по номограмме.

Значения коэффициентов А и В определяют по формулам:

  (8)

  (9)

где еп и етк – пористость слоя пыли и ткани соответственно, доли единиц;

rтк – удельное гидравлическое сопротивление ткани, отнесенное к толщине 1м при скорости фильтрации 1 м/с, Па;

сч − плотность частиц пыли, кг/м3;

dm − медианный диаметр частиц пыли, м;

Для определения величин етк и rтк можно воспользоваться таблицей 3 или справочной литературой.

Таблица 3 − Некоторые свойства фильтровальных материалов

Основное волокно	Термо- стойкость, оС	Пористость етк, доли единиц	Уд. гидравлическое сопротивление rтк, кПа
Лавсан	130	0,735	189
Нитрон	130	0,83	180
Полифен	130	0,66	880
Шерсть	80	0,86	84
Стекловолокно	220	0,55	2700

Пористость слоя пыли приближенно определяется выражением:

  (10)

Для выбора аппарата определяется площадь поверхности фильтрации по формуле:

  (11)

где Vг – заданный расход газа, идущего на фильтрование, м3/ч;

Vр' − предварительно рассчитанная величина расхода воздуха на регенерацию, м3/ч, определяемая при допущении, что скорость обратной продувки равна скорости фильтрования:

  (12)

где tp – время отключения секции на обратную продувку (принимается в пределах 15-20 с);

np – количество регенераций в течение 1 часа.

Первоначально выбор фильтра производится по каталогу в соответствии с принятыми условиями фильтрации (тип ткани, способ регенерации) без учета расхода воздуха на регенерацию с запасом 10-15% по площади фильтрации. Затем уточняются параметры фильтра.

Площадь поверхности фильтрации, отключаемая на регенерацию в течение 1 ч:

  (13)

где Nc – число секций выбранного аппарата;

Fc − площадь фильтрования одной секции, м2.

Уточняется расход воздуха, подаваемого на обратную продувку в течение часа 

Vр = щобр∙nр∙фр ∙Nс∙Fс  (14)

где щобр − скорость обратной продувки, щобр = kретк/60  (15)

где kp − коэффициент регенерируемости тканей, kp =1,6-2,0 м/мин.

Окончательная площадь фильтрации должна быть равна или близка к площади фильтрации выбранного аппарата,

  (16)

Находится уточненная газовая нагрузка:

(17)

которая должна быть близка к расчетной.

Продолжительность периода фильтрования между двумя регенерациями всегда должна быть больше суммарной продолжительности регенерации остальных секций:

tф  > (Nc−1)∙tp  (18)

2 Пример расчета

Задание: Рассчитать и выбрать фильтр для следующих условий:

− объем очищаемого газа V0 = 34000м3/ч при нормальных условиях,

− температура газа tФ = 150°С,

− медианный диаметр частиц 20 мкм;

− плотность материала пыли сч = 2900кг/м3,

− начальная запыленность при нормальных условиях С0 =15,2 г/м3,

− марка ткани фильтра − нитрон;

− регенерация − обратная продувка со встряхиванием;

− материал пыли − силикаты.

Решение:

Объем VВ0 подсасываемого воздуха, необходимого для создания допустимой температуры для ткани нитрон:

VВ0 = V 0= м3/ч.

Полный объем V0* очищаемого газа с учетом подсоса воздуха при  нормальных условиях:

V0* = V0 + VВ0 = 3,4∙104 + 6,48∙103 = 4,05∙104 м3/ч.

Расход газа идущего на фильтрацию при рабочих условиях с учетом давления внутри аппарата:

VГ = V0*∙.

Площадь поверхности фильтрования без учета расхода воздуха на регенерацию составит

Fф' = Vг /(60∙qф) = 64700/(60∙0,779) = 1385 м2.

С учетом коэффициента запаса Fф' = 1609 м2.

Подходит фильтр УРФМ с площадью фильтрации 1610 м2, число секцйий 14.

Начальная запыленность газа перед фильтром при рабочих условиях:

С = С0∙V0/VГ = 15,2∙3,4∙104/6,47∙104 = 7,99  г/м3

6) Допустимая газовая нагрузка по формуле (1):

qф = 1,7·0,79∙0,95·1∙0,71·0,95 = 0,779 м3/(м2·мин)

Гидравлическое сопротивление корпуса аппарата при принятом коэффициенте гидравлического сопротивления корпуса о = 2 и скорости на входе щвх = 10 м/с по формуле (4):

Дрк = = 2·0,808∙102/2 = 80,8 Па

Плотность воздуха при рабочих условиях равна

с = с0 T0Pф/(Tф∙PА) = 1,29∙273∙98,3/(423∙101,3) = 0,808 кг/м3.

8) Коэффициент динамической вязкости газа при рабочих условиях равен м = 24,5∙10−6 Па∙с.

9) Пористость слоя пыли по формуле (10):

еп = еп = 1 − 79dm0,47 = 1−79(20·10-6)0,47= 0,511

10) Удельное гидравлическое сопротивление нитрона по rтк = 1,8·105 Па

11) Пористость нитрона  етк = 0,830

12) Скорость фильтрации по формуле (2):

щф = qф/60 = 0,779/60=0,013 м/с

13) Коэффициент А по формуле (8):

Коэффициент В по формуле (9):

14) Постоянное гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки с учетом пыли, оставшейся на ней после регенерации по формуле (6):

Др1= А∙м∙щф  = 3,66·108·24,5·10-6·1,3·10-2 = 117 Па

15) Гидравлическое сопротивление накапливающегося на фильтре слоя перед регенерацией из условий его устойчивости Др2 = 700 Па (для мелкой пыли с dm < 20мкм).

16) Общее гидравлическое сопротивление аппарата:

Др = 80,8 + 117 + 700 = 898 Па

(не превышает допустимую величину 1900 Па).

17) Продолжительность периода фильтрации между двумя регенерациями по формуле (7):

= = 8201с

18) Суммарное время регенерации:

фУ = (Nc−1)∙tp = (14−1)20 = 360 c,

что меньше продолжительности времени фильтрования 8201c.

19) Расход воздуха на регенерацию составит

VР* = = 6,47∙104∙0,044∙20/3600 = 15,8 м3/с.

20) Площадь фильтрования с учетом расхода воздуха на регенерацию при условии, что скорость продувки равна скорости фильтрации

Fф' = (64700 + 16)/(60∙0,779) = 1385 м2.

Уточняем расход воздуха, подаваемого на обратную продувку в течение часа. Для этого рассчитываем

щобр = kретк/60 = 2,0∙0,83/60 = 0,028 м/с.

Vр = щобр∙nр∙фр ∙Nс∙Fс = 0,028∙0,044∙20∙14∙115  = 39,7 м3/ч.

20) Площадь поверхности фильтрования, отключаемая на регенерацию в течение 1 ч:

  = 14∙115∙0,044∙20/3600 = 0,39 м2/ч.

где Nc – число секций выбранного аппарата;

Fc − площадь фильтрования одной секции, м2.

21) Окончательная площадь фильтрования

  = (64700 + 40)/(60∙0,77) = 1385 м2  (16)

22) Уточненная газовая нагрузка:

qф' == (1078,4 + 115∙0,771)/(1610 − 115) = 0,781 м3/м2∙мин.

3 Таблица вариантов

№ вар-та	Расход газа на очистку (н. у.)	Темпе-ратура газа, °С	Темпе-ратура воздуха, °С	Баромет-рическое давление, кПа	Давление (разрежение) очищаемого газа, кПа	Концен-трация пыли в газе, г/м3	Медианный размер частиц пыли, мкм	Плот-ность пыли, кг/м3	Пыль	Материал ткани ткани	Способ регене-рации регене-рации
1	50000	100	18	101,0	−5	10	20	2600	каолин	лавсан	А
2	53000	180	20	99,0	−3	15	5	6000	оксиды металов	нитрон	В
3	65000	15	15	101,3	−3	20	15	2300	асбест	нитрон	В
4	55000	30	25	101,0	−3	5	20	1100	опилки	шерсть	А
5	40000	150	20	101,3	−5	15	12	1000	кокс	лавсан	А
6	42000	200	25	99,0	−10	18	15	5400	руда	стекло-волокно	А
7	45000	140	30	98,5	−5	20	20	2700	силикаты	нитрон	А
8	50000	120	22	101,0	−10	13	18	1800	уголь	нитрон	В
9	55000	130	23	101,3	−10	5	3	2600	кварц	нитрон	А
10	60000	150	24	101,1	−5	12	30	1100	цемент	нитрон	В
11	70000	25	19	100,0	−5	13	25	1300	опилки	шерсть	А
12	30000	80	20	100,5	−10	28	10	900	АУ	шерсть	А
13	66000	30	26	99,9	−3	8	4	2600	каолин	нитрон	В
14	40000	25	25	99,6	−5	6	3	2500	сода кальцинир.	нитрон	А
15	60000	30	20	98,7	−10	4	15	900	пластик	лавсан	А
16	43000	200	29	100,0	−10	16	7	2000	золоунос	лавсан	А
17	48000	210	18	100,6	−10	12	20	2700	известняк	нитрон	В
18	27000	240	19	100,7	−10	13	18	2900	цемент	стекло-волокно	А
19	40000	250	17	100,2	−10	12	25	8000	возгоны Ме	стекло- волокно	А

Примечание: Способ регенерации: А− обратная продувка; В − обратная продувка со встряхиванием

ПРИЛОЖЕНИЕ

Характеристики фильтров рукавных с обратной продувкой

Тип фильтра	Площадь фильтрующей поверхности, м2	Число рукавов	Число секций	Высота рукава, м	Диаметр рукава, мм
Регенерация − обратная продувка
ФРО-1250-1	1266	252	6	8	200
ФРО-1650-1	1688	336	8	8	200
ФРО-2500-1	2530	504	12	8	200
ФРО-4100-2	4104	432	8	10	300
ФРО-5100-2	5130	540	10	10	300
ФРО-6000-2	6156	648	12	10	300
ФРО-7000-2	7182	756	14	10	300
ФРО-8000-2	8208	864	16	10	300
ФРО-20000-3	20520	2160	10	10	300
ФРО-24000-3	24624	2592	12	10	300
Регенерация − обратная продувка с встряхиванием
УРФМ-IIМ	2300	20	840	4	220
УРФМ-III	1650	14	488	4	220