Ръкавни филтри

В текстилните филтри, наричани още ръкавни, отпадъчният газ се пропуска през плътна тъкан или филцова материя, които задържат праховите частици. Филтрите обикновено включват няколко ръкава, групирани в общ корпус. Формиращият се върху филтъра кек може значително да повиши ефективността на улавяне на праховите частици.

Изборът на материя се определя предимно от експлоатационните условия. Сред най-често използваните материали са полиестер, акрилен съполимер, m-арамид, полифениленсулфид, етилен хлоротрифлуороетен, политетрафлуоретилен (PTFE), полиимид, стъкло, неръждаема стомана и керамика.

Практическото приложение на този вид филтри изисква използването на материя с голяма площ, за да се избегне недопустим пад на налягането, който може да повреди корпуса на съоръжението и да доведе до изпускането на фугитивни прахови емисии. Размерът на ръкава за даден филтър се определя от избора на съотношение между обемния дебит на въздушния поток и площта на материята (A/C съотношение). Изборът на този коефициент зависи от специфичното натоварване, характеристиките и използвания метод за почистване. По-високото натоварване с прахови частици ще наложи употребата на по-голям ръкав, за да се предотврати образуването на прекалено тежък слой прахов кек, който може да доведе до прекомерен пад на налягането.

Корозията върху филтърния и конструкционния материал може да бъде проблем, когато газовият поток съдържа съединения с киселинен характер и когато температурата е под точката на оросяване. В тези случаи е подходящо да се използват устойчиви на киселини материали като полифениленсулфид, етилен хлоротрифлуороетен и политетрафлуоретилен.

Видове ръкавни филтри
Ръкавните филтри се класифицират в няколко групи спрямо използвания механизъм за почистването им. При съоръженията с механично почистване прахогазовият поток навлиза през входна тръба, оборудвана с преграда, задържаща големите частици, които се удрят в нея и падат в събирателния бункер. Замърсеният газ се изсмуква под разположена на дъното на съоръжението пластина във филтърните ръкави и преминава в посока отвътре навън, като частиците се събират по вътрешната повърхност на ръкава. Горните части на филтърните ръкави са прикрепени към прът, чието рязко движение спомага за премахването на частиците от материята.

Методът на почистване при ръкавните филтри с обратно продухване е по-умерен, но в повечето случаи и по-неефективен. Обикновено ръкавите са отворени откъм дъното си и затворени в горната си част, като праховите частици се улавят от вътрешната или от външната им страна. За да се почисти филтърът, той се спира от експлоатация и през него се пропуска чист въздух в обратна посока на тази, в която се движи отпадъчният прахогазов поток. Типичният цикъл на почистване е с продължителност по-малко от 5 минути на секция. Почистването чрез обратно продухване се прилага само в случаите, когато прахът се отделя лесно от материята. Често тази технология се използва в комбинация със стръскване, пулсации или акустично почистващо устройство.

Ръкавните филтри с импулсно почистване позволяват третирането на отпадъчни газови потоци с високо съдържание на прахови частици. Те работят при постоянен пад на налягането и заемат по-малко пространство от останалите видове ръкавни филтри. Ръкавите са затворени откъм дъното си и отворени в горната си част. Замърсеният газ навлиза отвън навътре във филтърните ръкави и частиците се задържат на външната им повърхност, след което падат в събирателния бункер. Импулсното почистване се състои в краткотрайно (0,03-0,1 секунди) пропускане на въздух под високо налягане (0,4-0,8 MPa) през ръкавите. Този механизъм елиминира необходимостта от спиране на отпадъчния прахогазов поток по време на почистване. В ръкавните филтри с импулсно почистване се използват филцови (т. е. нетъкани) материи, тъй като при тях не е необходимо формирането на кек за постигане на висока ефективност на прахоулавяне. Освен това е установено, че тъканите материи изпускат голямо количество прах след почистване, когато се прилагат за филтри с импулсно продухване.

Акустичните устройства, които работят със сгъстен въздух (0,3–0,6 MPa), се използват все по-често за подобряване на прахоулавящата ефективност на ръкавните филтри с механично почистване или обратно продухване. Употребата им значително редуцира праховото натоварване върху ръкавите и намалява пада на налягането по повърхността на материята с 20-60%. Също така те понижават и механичното натоварване върху ръкавите, с което се постига по-дълъг експлоатационен живот.

Съществуват и още няколко разновидности на ръкавните филтри. Сред тях са касетните филтри например, които се отличават с по-компактната си конструкция. При тях филтърният материал е нагънат като акордеон с цел получаване на по-голяма специфична филтрираща повърхност. Пестенето на пространство обаче е за сметка на по-ниския пречиствателен капацитет на тези съоръжения.

Работни параметри
Най-важните фактори, които трябва да се вземат предвид при проектирането на ръкавен филтър, са дебитът на отпадъчния газов поток, работната и максимално допустимата температура, и съставът на газа. Следва да бъде отчетен и капацитетът на филтриране, който зависи от вида и естеството на материята, концентрацията на прах и типа и размера на частиците. Капацитетът на филтри със стъклени влакна е 60-120 m/h, a със PTFE (тефлон) - 80-100 m/h. Когато филтърът е предназначен за прахоулавяне в предприятия от хранително-вкусовата промишленост, поради хигиенни причини трябва да се отчете и леснотата на почистване на съоръжението, както и външният му дизайн.

Температурата на газа трябва да е по-висока от точката на оросяване на всичките му компоненти, тъй като в противен случай може да се стигне до задръстване на материята и спиране на процеса на филтриране. За да се предотврати това, може да се наложи филтърът да се изолира или подгрява.
Системи в риск, например от взрив или възникване на пожар, следва да бъдат обезопасени с отвори за освобождаване на налягането или спринклерни системи. На впускателния отвор на филтъра също трябва да има предпазна клапа, която да се отваря към безопасно място, например извън сградата.

Прекалено горещите частици от газовия поток от котли или пещи трябва да се улавят, за да не се стигне до пожар и съответно увреждане на ръкавите.
Ефективността на ръкавните филтри трябва да се следи внимателно. Тя може да бъде определена чрез мониторинг на концентрацията на прахови частици в изходящия поток например чрез изокинетична пробовземна сонда или измервателен уред, базиран на UV/VIS спектроскопия, трибоелектричен поток или бета лъчи.

Температурата и падът на налягането по повърхността на ръкавите също трябва да се следят редовно. Падът на налягането служи като индикатор за това кога да стартира цикълът на почистване на филтъра. Съоръженията трябва да са свободно достъпни, за да може често да се проверява за повреди в материята на ръкавите или корпуса. Също така всеки филтър трябва да е оборудван със система за регистриране и сигнализиране на изпускания от ръкавите.

Приложимост
Известно е, че технологията се прилага широко в химическия сектор, хранително-вкусовата и млекопреработвателната промишленост, при обработката и изгарянето на отпадъци, в големи горивни инсталации, както и в металургичната, керамичната и стъкларската индустрия.

Ръкавните филтри се използват предимно за отстраняване на прахови частици с диаметър минимум 2,5 микрометра и опасни атмосферни замърсители под формата на частици, например метали (без живак). В комбинация с адсорбционни системи, свързани след филтъра, тези съоръжения могат да се прилагат и за пречистване на някои специфични газообразни замърсители.

Ръкавните филтри са приложими за улавяне на прахови частици с твърде ниско или твърде високо електрическо съпротивление за отстраняването им с електрофилтър. Такива прахове са например летлива пепел от въглища с ниско съдържание на сяра или пепел с високи нива на неизгорял въглерод. Установено е, че с поставянето на ръкавен филтър след електрофилтър се постигат много ниски емисии на прахови частици.

Когато отпадъчният газ съдържа относително едри частици, за да се редуцира натоварването на ръкавния филтър, преди него може да се инсталират механични прахоуловители като циклони например.

Ефективност
Ръкавните филтри са изключително ефективни прахоулавящи съоръжения и работят при ефективност почти 100%. Тя се определя от няколко фактора, като първият от тях са свойствата на праховите частици. Ако размерът им е между 0,1 и 1 микрометра, улавянето може да става по-трудно. Също така малките сферични твърди частици понякога могат да преминат свободно през материята на филтърните ръкави.

Вторият фактор, от който зависи ефективността на ръкавните филтри, са характеристиките на използваната материя. При по-тънките материи уплътняващият кек от прахови частици се формира по-бързо, отколкото при по-мъхестите повърхности. Електростатичните свойства на филтърния материал също оказват влияние върху ефективността на ръкавните филтри. Подходящата комбинация от заряд на частиците и на материята може значително да подобри параметрите на процеса на пречистване на отпадъчния газов поток.

Друг значим фактор са свойствата на въздуха – при някои прахове и материи при 60% относителна влажност се постига много по-висока ефективност, отколкото при 20%. Важни за ефективността са и експлоатационните променливи като скорост и налягане. Повишената скорост обикновено занижава ефективността, но това може да се промени в зависимост от механизма на улавяне на частиците. По-високото налягане пък може да доведе до начупване на част от формиралия се филтърен кек и по този начин също значително да редуцира ефективността на пречистване.

Интензивността и честотата на почистване на филтъра са важни променливи при определяне ефективността на пречистване на отпадъчния газ. Тъй като кекът отговаря за значителен дял от капацитета за отстраняване на прахови частици на тъканта, твърде честото или интензивно почистване води до понижаване на ефективността. Ако обаче отстраняването на кека се осъществява прекалено рядко или в недостатъчна степен, падът на налягането може да стане твърде висок.