ФИЛЬТРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ Российский патент 1995 года по МПК B01D39/16 

Изобретение относится к устройствам для очистки от пыли и других аэрозолей, а именно для очистки циклового воздуха тепловых двигателей и газов в теплоэнергетических установках, и может быть использовано и в других отраслях техники.

Целью изобретения является повышение эффективности и надежности очистки газов от пыли и других аэрозолей при одновременном снижении материальных и энергетических затрат на очистку газа.

На фиг. 1 показана схема поперечного сечения (профиля) профилированного сепарирующего элемента, выполненного в виде прямоугольного треугольника; на фиг. 2 поперечное сечение профилированного сепарирующего элемента, выполненного в виде прямоугольной трапеции; на фиг. 3 поперечное сечение профилированного фильтрующего материала с отводами для подключения к внешним источникам регенерационной очистки; на фиг. 4 поперечное сечение профилированного фильтрующего материала с направляющим слоем.

Материал содержит наружный сепарационный слой 1, состоящий из ориентированных волокон, например, треугольного поперечного сечения (фиг. 1), расположенный на фильтрующем слое 2. Имеются накопители пыли 3.

Запыленный газ подводят к сепарирующему слою 1, при этом крупные частицы, обладающие наибольшей инерцией, ударяясь о рабочую поверхность профилированных волокон, отскакивают и перемещаются в пыленакопители 3. Мелкие частицы, увлекаясь потоком, огибают профилированные волокна и очищаются в фильтрующем слое 2. Очистка накопителей 3 осуществляется периодической продувкой.

Профиль сепарирующих элементов 1 выполнен в виде, например, прямоугольного треугольника (фиг. 1) и прямоугольной трапеции (фиг. 2).

На фиг. 1-4 введены следующие обозначения:
МК рабочая сторона профиля;
l проекция рабочей стороны профиля на его основание;
t шаг между волокнами в сепарирующем слое;
β_o- угол профиля волокна, равный углу между рабочей поверхностью и основанием;
α эффективный угол профиля поверхности фильтрующего слоя, равный углу между поверхностью фильтрующего слоя и вектором скорости потока газа;
δ_o- высота профиля волокна.

Значение угла α определяется из равенств, например, для профиля волокна в виде прямоугольного треугольника
tgβ_o; tgα
Исключая величину l и вводя относительный шаг (1) из зависимости (1) получаем
tgα , следовательно α=arctg (2)
Вводим понятие эффективного угла профиля волокна β=cβ_o, где С эмпирический коэффициент, учитывающий упругие свойства материала профилированного волокна (для полистирола С->1). Для профиля волокна, полученного в виде прямоугольной трапеции, вводим понятие эффективной высоты профиля волокна δ равный разнице сторон, образующих с основанием прямой угол. Для треугольного профиля δ_o=δ.

Тогда для любого профиля волокон в сепарирующих наружных и внутренних слоях можно представить значение α в следующем виде: 0<α≅ arctgtgβ(tgβ-Δ) (3)
При α равном правой стороне зависимости (3), вектор скорости запыленного потока проходит по касательной к верхней точке К рабочей стороны профиля и нижней точке М следующего профилированного волокна. При этом обеспечивается эффективная работа всей рабочей стороны профиля МК. Пpи уменьшении угла α эффективный участок рабочей стороны профиля уменьшается.

Значения угла профиля волокна β_o 5-30^о определены экспериментально и позволяют и получить наибольший сепарационный эффект для различных видов пыли при умеренном гидравлическом сопротивлении.

П р и м е р 1. Профилированный фильтрующий материал ПМК-1 (фиг. 3) содержит последовательно соединенные сепарирующий слой 1 и фильтрующий слой 2, состоящий из двух слоев с различной пористостью, накопители пыли 3 с отводами 4. Поверхность фильтрующего слоя 2 выполнена профилированной. Поперечно ориентированные волокна, образующие сепарирующий слой 1, выполнены также профилированными и имеют профиль в виде прямоугольного треугольника с размерами:
β_o= 20^о; δ 0,36 мм; t=2,5 мм
Профилированные волокна выполнены из полистирола и скреплены с последующим волокнистым слоем связующим клеевым составом, который наносится на сторону волокна, прилегающую к материалу. Сепарирующий слой 1 разбивается на равные участки утопающими в фильтрующем слое 2 накопителями пыли 3. Профиль фильтрующего слоя имеет переменную толщину, причем наибольшая толщина в начале участков сепарирующего слоя и наименьшая в их конце на входе в накопители пыли. Уклон 5^о. Накопители пыли отформованы в пористом материале фильтрующего слоя и выполнены в виде полых сквозных каналов, параллельных ориентированным волокнам сепарирующего слоя и открыты вдоль образующей к наклоненному участку сепарирующего слоя. Поперечное сечение накопителя представляет собой неполную окружность, диаметр которой d=8 мм, открытую на ширину 2,5 мм к наклоненному участку сепарирующего слоя. Пыленакопители распределены с шагом 30 мм. Отводы 4 для подключения к внешним источникам частичной регенерации представляют собой изогнутые полые трубки, переходящие в коллектор 5, подсоединенный к пневматическому приводу для регенерации. Концы трубок вводятся в накопитель.

Определяем по зависимости (3) эффективный угол
α=arctgtg20tg20^°-1=13^°30′
Аналогично по заданному конструкцией профилированного фильтрующего материала углу α можно определить эффективный угол волокна β решив обратную задачу.

Запыленный газ подводят к сепарирующему слою 1 профилированного фильтрующего материала, при этом частицы крупно- и среднедисперсной пыли, обладающие наибольшей инерцией, ударяясь о рабочую поверхность профилированных волокон, отскакивают и перемещаются в пыленакопители 3. Мелкая и частично среднедисперсная пыль, обладающая меньшей инерцией, увлекаясь потоком, огибает профилированные волокна и очищается в фильтрующем слое 2. Очистка пыленакопителей осуществляется периодической продувкой, причем на работающем материале.

П р и м е р 2. Профилированный фильтрующий материал ПФМ-5 (фиг. 4) предназначен для очистки газов, подводимых по нормали к повеpхности материала. Он содержит последовательно соединенные наружный сепарирующий 1, фильтрующий 2, направляющий 6, сепарирующий 7 и фильтрующий 8 слои, а также накопители пыли 3. Толщина фильтрующих слоев неравномерна и существенно больше в начале участков сепарирующего слоя и наименьшая в их конце на входе в накопители. Угол профиля фильтрующих слоев 30^о. Поперечно ориентированные волокна сепарирующего слоя выполнены также профилированными и имеют профиль в виде прямоугольного треугольника с размерами δ0,27 мм; t=2 мм. Задаваясь углом α=15^о, рассчитаем эффективный угол профиля волокна β по формуле (3)
tgβ ≈ 0,27; β=15^°
Так как С=0, принимаем β_o=15^о.

Направляющий слой 6 выполнен в виде сетки 0,1х0,1 мм, уложенной на гофрированной сетке 0,5х0,5 мм, с высотой гофр ≈ 3 мм.

Запыленный газ подводят к сепарирующему слою 1 профилированного фильтрующего материала, при этом частицы крупно- и среднедисперсной пыли, обладающие наибольшей инерцией, ударяясь о рабочую поверхность профилированных волокон, отскакивают и перемещаются в пыленакопители 3. Мелкая и частично среднедисперсная пыль, обладающая меньшей инерцией, увлекаясь потоком, огибает профилированные волокна и очищается в фильтрующем слое 2. Причем, когда в накопителе нет пыли, фильтрация осуществляется в значительной степени через пыленакопители (50-60% потока). По мере заполнения накопителей пылью увеличивается равномерность распределения фильтрации по длине сепарирующего участка. Наличие направляющего слоя 6 обеспечивает поступление газа к внутреннему сепарирующему слою 7 под тем же углом α=15^о и затем очистка осуществляется в последующих сепарирующем 7 и фильтрующем слое 8, т.е. очистка повторяется по начальной схеме. При этом в слоях 7, 8 осуществляется более тонкая очистка газа.

Очистку накопителей осуществляют периодической продувкой или механическим выталкиванием пыли при помощи системы шомполов, причем осуществляют на работающем материале.

Таким образом осуществление процесса отделения и отбора значительной части пыли преимущественно крупнодисперсных фракций непосредственно на поверхности фильтрующего материала в сепарирующем слое, концентрация пыли в накопителях, очистку которых можно осуществлять на работающем материале, создают возможность использования данного материала для очистки сильно запыленных газов без предварительной очистки в сепараторах и циклонах, что снижает гидравлическое сопротивление системы очистки, значительно уменьшает энергетические и материальные затраты, а также габариты устройств для очистки.

Возможность варьирования расположения сепарирующих слоев и последовательного соединения их с фильтрующими слоями позволяет значительно повысить эффективность очистки, а в сочетании с простой и надежной очисткой накопителей от крупной и среднедисперсной пыли, составляющей основную массу пылевых включений во многих практических случаях, значительно увеличить его долговечность и периоды между регенерацией.

Изобретение относится к фильтрующим материалам для очистки газов от пыли и других аэрозолей, используемых для очистки циклового воздуха тепловых двигателей и газов в теплоэнергетических установках, и позволяет повысить эффективность и надежность процесса очистки газа при одновременном снижении материальных и энергетических затрат на очистку. Фильтрующий материал с поперечно ориентированным расположением волокон в наружном слое выполнен в виде последовательно соединенных сепарирующих и фильтрующих слоев, причем волокна сепарирующих и поверхности фильтрующих слоев выполнены профилированными, а фильтрующий слой снабжен накопителями пыли. Возможны варианты выполнения профилированных волокон и фильтрующего слоя. 6 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. ФИЛЬТРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ с поперечно ориентированным расположением волокон в наружном слое, отличающиеся тем, что, с целью повышения эффективности и надежности очистки газов от пыли и аэрозолей при одновременном снижении материальных и энергетических затрат, он выполнен в виде последовательно соединенных сепарирующего и фильтрующего слоев, причем волокна сепарирующего и поверхности фильтрующего слоев выполнены перфорированными, а фильтрующий слой снабжен накопителями пыли. 2. Материал по п.1, отличающийся тем, что углы профиля поверхности фильтрующего слоя и профиля волокон, образующих сепарирующий слой, взаимосвязаны соотношением

где α угол профиля поверхности фильтрующего слоя;
t относительный шаг профилированных волокон, равный отношению шага к высоте профиля волокна;
b угол профиля волокна. 3. Материал по пп.1 и 2, отличающийся тем, что накопители пыли выполнены в виде сквозных открытых каналов, параллельных ориентированным волокнам сепарирующих слоев. 4. Материал по пп.1 3, отличающийся тем, что поперечное сечение профилированных волокон выполнено в виде треугольников или прямоугольных трапеций, а рабочая поверхность волокна расположена к основанию профиля под углом 5 30^o. 5. Материал по пп.1 4, отличающийся тем, что толщина фильтрующего слоя переменная, причем наибольшая толщина в начале участков сепарирующего слоя и наименьшая в их конце на входе в накопители пыли. 6. Материал по пп.1 5, отличающийся тем, что, с целью удобства очистки, накопители пыли снабжены отводами для подключения к внешним источникам регенерационной очистки. 7. Материал по пп.1 5, отличающийся тем, что, с целью обеспечения равномерной раздачи газового потока по внутреннему сепарирующему слою, он снабжен направляющими слоями.