Pliki do pobrania

Workowe filtry tkaninowe – wybór optymalnego rozwiązania

Wiele procesów technologicznych wymaga zastosowania wydajnej i bardzo skutecznej metody oczyszczania powstających gazów, spalin lub zapylonego powietrza. Spośród szerokiej gamy różnego rodzaju filtrów i odpylaczy coraz popularniejsze stają się filtry tkaninowe jako rozwiązania pozwalające na niemal całkowite zatrzymanie zanieczyszczeń stałych (osiągana sprawność filtracji przekracza 99,9%).

Wiele procesów energetycznych i technologicznych wymaga zastosowania wydajnej i bardzo skutecznej metody oczyszczania powstających gazów, spalin lub zapylonego powietrza. Spośród szerokiej gamy różnego rodzaju filtrów i odpylaczy coraz popularniejsze stają się filtry tkaninowe jako rozwiązania pozwalające na niemal całkowite zatrzymanie zanieczyszczeń stałych (osiągana sprawność filtracji przekracza 99,9%). Decydując się na takie właśnie urządzenie, trzeba jednak wiedzieć, że pożądany efekt w postaci wysokiej sprawności można osiągnąć jedynie w przypadku, gdy spełnionych zostanie szereg warunków technicznych dotyczących pracy filtra. Warunki, o których mowa dotyczą głównie: rodzaju zastosowanej tkaniny filtracyjnej, budowy filtra oraz sposobu właściwej jego eksploatacji (m.in. regeneracji worków filtracyjnych). Złe dobranie tkaniny lub przyjęcie niewłaściwej metody regeneracji filtra może spowodować, że dość drogie i w założeniu bardzo skuteczne urządzenie nie spełni pokładanych w nim oczekiwań.

DZIAŁANIE FILTRÓW WORKOWYCH

Pierwszym etapem doboru filtra tkaninowego optymalnego dla konkretnych celów powinno być opracowanie założeń charakteryzujących źródło i rodzaj zanieczyszczeń, ilość odpylanego gazu przepływającego przez filtr, jego temperaturę, wilgotność itd. Dane te stanowią podstawę do wybrania odpowiedniej konstrukcji filtra, określenia zasady jego działania oraz doboru właściwej tkaniny filtracyjnej. Dokonania optymalnego wyboru urządzenia jest możliwe tylko wtedy, gdy znamy ogólną zasadę działania tkaninowych filtrów workowych. Po wpłynięciu zapylonych spalin lub gazów technologicznych do dolnej części filtra następuje na przegrodzie zmiana kierunku ich przepływu. W pierwszej fazie, właśnie na skutek zmiany kierunku przepływu wytrącane są najgrubsze frakcje pyłu, spadające do leja zsypowego. Następnie spaliny wpływają do przestrzeni z rękawami filtracyjnymi (workami tkaninowymi) i przenikają przez materiał filtracyjny do wnętrza rękawa. Worki mają przeważnie zamkniętą przestrzeń od strony gazu zapylonego i otwartą na wylocie gazu oczyszczonego. Utrzymywane są w stanie napięcia przez kosze z prętów stalowych. W początkowej fazie na włóknach tkaniny filtracyjnej powstają narosty pyłu, osiada on bowiem na zewnętrznej powierzchni worków. Odpylone spaliny przenikają przez tkaninę filtracyjną worków do ich wnętrza połączonego z wylotem spalin. Konstrukcja filtra z workami ustawionymi pionowo jest rozwiązaniem sprawdzonym o pewnym działaniu. Czasami można spotkać rozwiązania tego typu urządzeń z koszami ułożonymi poziomo, jednak w przypadku takiej konstrukcji wątpliwa wydaje się możliwość skutecznego strzepywania pyłu do leja zsypowego bez wtórnego zapylenia powierzchni worków filtracyjnych, co w konsekwencji może doprowadzić do spadku sprawności całego urządzenia.

Fot. 1 Przykładowa konstrukcja filtra workowego Workowe filtry tkaninowe – wybór optymalnego rozwiązania

Rysunek 1. Schemat działania filtra workowego Workowe filtry tkaninowe – wybór optymalnego rozwiązania

REGENERACJA FILTRA

Jednym z elementów mających istotny wpływ na skuteczność odpylania spalin jest wybór jednej z następujących metod regeneracji worka filtracyjnego:

  • włączenie i wyłączenie lub przerwanie procesu filtracji
  • wstrząsanie mechaniczne lub akustyczne worków bez przerywania filtracji
  • przepływ rewersyjny powietrza
  • kombinacja impulsu strumienia i przepływu rewersyjnego powietrza

Najlepsze wyniki daje indywidualne oczyszczanie każdego worka przez uderzeniową falę sprężonego powietrza o wysokim ciśnieniu tzw. regeneracja impulsowo-rewersyjna (ang. jet-pulse). Strumień czyszczącego powietrza ma za zadanie wywołać nadciśnienie wewnątrz rękawa na całej jego długości, w wyniku którego następuje odkształcenie materiału i odrzucenie kożucha. Impuls sprężonego powietrza, kontrolowany przez przekaźnik czasowy sprzęgnięty z zaworem magnetycznym, jest bardzo krótki i zazwyczaj trwa 0,004-0,1 s i powtarzany jest co 10-30 min. Porcja powietrza wtryśnięta w kierunku przeciwnym (rewersyjnym) do przepływu odpylanego gazu, wędrując w dół z ciśnieniem na zewnętrznej stronie fali 250-1000 kPa, powoduje rozdęcie rękawa i zrzucenie kożucha pyłu jaki zebrał się na zewnętrznej powierzchni filtracyjnej rękawa do leja zamkniętego zaworem celkowym. Bardzo ważne jest tu, aby strumień sprężonego powietrza trafiał centralnie do przekroju worka, dlatego najwłaściwsze jest rozwiązanie, w którym do każdego z worków przypisana jest jedna zamontowana na stałe dysza sprężonego powietrza. Kolejną ważną sprawą dotyczącą regeneracji jest, aby odolejone i osuszone powietrze o ciśnieniu około 0,6 MPa zostało doprowadzone do układu w ilości dostosowanej do ilości, wielkości i częstotliwości strzepywania rękawów. W takim sposobie oczyszczania opór aerodynamiczny odpylacza tkaninowego waha się w zakresie od 800 do 1200 Pa, zaś jednostkowe obciążenie tkaniny filtracyjnej dochodzi do 500 m3/m2h. Regenerację taką w praktyce przeprowadza się dla worków wykonanych z tkaniny filcowej opartej na konstrukcji klatkowej. Zaletą stosowania tej metody jest długi okres życia worków filtracyjnych i ich mniejsze rozmiary. Jest to wynik małego przemieszczania się worków podczas czyszczenia, a w konsekwencji mniejsze ich ścieranie się w porównaniu z innymi metodami regeneracji, a ponadto większa jest też prędkość regeneracji zawierająca się przeważnie w granicach 4-5 cm/s (2,4-3,0 m/min).

Fotografia 2. Regeneracja worków filtracyjnych strumieniem powietrza

Workowe filtry tkaninowe – wybór optymalnego rozwiązania

Rysunek 2. Budowa filcu igłowanego

Workowe filtry tkaninowe – wybór optymalnego rozwiązania

PRZYJĘTA PRĘDKOŚĆ FILTRACJI

O skuteczności filtracji decydować będzie również jej prędkość. Generalnie, im mniejsza jest prędkość filtracji (czyli zapylony gaz dłużej przepływa przez filtr), tym wyższa jest osiągana skuteczność filtracji spalin. Ograniczenie dolnej wartości prędkości filtracji jest wynikiem uwarunkowań ekonomicznych. Przyjęcie zbyt małej prędkości będzie powodować konieczność znacznej rozbudowy powierzchni filtracyjnej, co zwiększa koszt inwestycyjny urządzenia. Ponadto wraz ze spadkiem prędkości rosną opory przepływu, co przekłada się na wzrost kosztów eksploatacji urządzenia. Typowe prędkości filtracji zależą zarówno od konstrukcji, jak i typu tkaniny i są mniejsze dla tkanin tkanych, a większe dla filcowych.

WYBÓR TKANINY FILTRACYJNEJ

Poprawna praca filtra uzależniona będzie od wyboru tkaniny filtracyjnej o parametrach technicznych dostosowanych do obsługiwanego procesu technicznego. Rodzaj tkaniny uzależniony jest od wielkości i kształtu cząstek oraz właściwości fizyko-chemicznych odpylanego gazu. W zależności od obsługiwanego procesu technologicznego tkanina filtracyjna o dużej zdolności do zatrzymywania cząstek powinna być odporna na korozyjne i erozyjne działanie strumienia gazu, wpływ temperatury oraz oddziaływanie mechaniczne związane z regeneracją. Wszystkie te właściwości powinny być udokumentowane stosownym certyfikatem dostarczonym przez producenta. Dzięki stosowaniu coraz doskonalszych tkanin filtry osiągnęły w ostatnich latach bardzo wysoki poziom techniczny. O tym, jak szerokie może być zastosowanie tkanin filtracyjnych świadczy możliwość oczyszczania tą metodą spalin kotłowych. Przykładem może być oferowane przez niemiecką firmę NOELL-KPC urządzenie o skuteczności oczyszczania 99,99% dla przepływu spalin do 5 mln m3/h, w temperaturze z przedziału -40 oC do 550 oC i ciśnieniu od -1 kPa do +3 MPa. Parametry takie osiągają filce igłowane z włókien syntetycznych (takich jak poliamidy lub politetrafluoretylen) i one właśnie są najczęściej stosowane do odpylania spalin z kotłów energetycznych. Jak ilustruje to rysunek 2, filc igłowany nie ma budowy jednorodnej i składa się z trzech lub większej liczby warstw. Właściwą odporność, sprężystość i stabilność formy zapewnia tkanina nośna ( Rysunek 2), przeszywana olbrzymią liczbą igieł do obu włóknin zarówno od strony napływu, jak i po stronie odpływu gazu. Warstwa filtracyjna po stronie odpływu (3) stanowi mechaniczną ochronę tkaniny nośnej podczas czyszczenia filtra i najczęściej jest cieńsza od warstwy włókniny od strony napływu zanieczyszczonych spalin. Co bardzo istotne, powierzchnia warstwy od strony napływu spalin powinna zostać wygładzana przez opalanie i prasowanie. Oczywiście gładka powierzchnia jest bardziej przepuszczalna dla gazu, ale równocześnie poprawiają się jej właściwości w czyszczeniu tkaniny i odpadaniu warstwy pyłu. Ponieważ dla filtrów tkaninowych szczególnie groźna jest obecność pary wodnej, która wpływa na skrócenie żywotności tkaniny, wykonując urządzenie tego typu należy pamiętać o zapewnieniu odpowiedniej izolacji cieplnej, awaryjnego ogrzewania przestrzeni worków filtracyjnych oraz o wykonaniu otwieranych automatycznie przewodów obejściowych. Działania te nie pozwolą na niebezpieczny spadek temperatury w filtrze poniżej temperatury punktu rosy. Filce igłowane mają bardzo dobre parametry pracy zarówno w odniesieniu do wysokiej temperatury pracy (220–260 oC, a nawet 500 oC – tkaniny ze spieczonych włókien stali stopowej), jak i w zakresie obciążenia powierzchni filtracyjnej (100–180 m3/m2h). Dla takich parametrów pracy gwarantowana żywotność omawianych tkanin wynosi 20 000-24 000 h, jednak w praktyce czas ten może wynieść nawet 5 lat. Poprawnie dobrany i wykonany filtr tkaninowy jest z całą pewnością jednym z najlepszych urządzeń zabezpieczających przed niepożądaną emisją zanieczyszczeń, dodatkowo właściwie eksploatowany oraz konserwowany – na długie lata spełni pokładane w nim oczekiwania.

dr inż. Grzegorz Kubicki Politechnika Warszawska

Czytaj więcej