Filtracja przemysłowa: zasady działania i rysunek techniczny
- Szczegóły
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 workowe 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 zastosowanego materiału filtracyjnego, budowy filtra oraz sposobu właściwej jego eksploatacji (m.in. regeneracji worków filtracyjnych). Pierwszym etapem doboru filtra workowego 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 właściwego materiału filtracyjnego.
Dokonanie optymalnego wyboru urządzenia jest możliwe tylko wtedy, gdy znamy ogólną zasadę działania 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 workami filtracyjnymi i przenikają przez materiał filtracyjny do wnętrza worka.
Worki mają przeważnie zamkniętą przestrzeń od strony gazu zapylonego i otwartą na wylocie gazu oczyszczonego. Utrzymywane są w stanie napięcia przez kosze wsporcze. W początkowej fazie na powierzchni materiału filtracyjnego powstają narosty pyłu, osiada on bowiem na zewnętrznej powierzchni worków. Odpylone spaliny przenikają przez medium filtracyjne worków do ich wnętrza połączonego z wylotem spalin. Konstrukcja filtra z workami ustawionymi pionowo jest rozwiązaniem sprawdzonym o pewnym działaniu.
Regeneracja filtrów workowych
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 worka filtracyjnego na całej jego długości, w wyniku którego następuje odkształcenie materiału i odrzucenie placka filtracyjnego. 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.
Przeczytaj także: Definicja i pomiar filtracji kłębuszkowej
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 worka i zrzucenie placka pyłu jaki zebrał się na zewnętrznej powierzchni filtracyjnej worka 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 worków. Regenerację taką w praktyce przeprowadza się dla worków wykonanych z filcu igłowanego. Zaletą stosowania tej metody jest długi okres życia worków filtracyjnych i ich mniejsze rozmiary.
Wpływ prędkości filtracji na jej skuteczność
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.
Poprawna praca filtra uzależniona będzie od wyboru materiału filtracyjnego o parametrach technicznych dostosowanych do obsługiwanego procesu technicznego. Rodzaj materiału worka uzależniony jest od wielkości i kształtu cząstek oraz właściwości fizyko-chemicznych odpylanego gazu. W zależności od obsługiwanego procesu technologicznego materiał filtracyjny o dużej zdolności do zatrzymywania cząstek powinien być odporny na chemiczne działanie strumienia gazu, wpływ temperatury oraz oddziaływanie mechaniczne związane z regeneracją. Wszystkie te właściwości powinny być udokumentowane stosownym certyfikatem dostarczonym przez producenta.
Materiały filtracyjne
Dzięki stosowaniu coraz doskonalszych materiałów filtry osiągnęły w ostatnich latach bardzo wysoki poziom techniczny. O tym, jak szerokie może być zastosowanie materiałów 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.
Filc igłowany nie ma budowy jednorodnej i składa się z trzech lub większej liczby warstw. Właściwą odporność, sprężystość i stabilność formy zapewnia tkanina nośna, przeszywana olbrzymią liczbą igieł zarówno od strony napływu, jak i po stronie odpływu gazu. Warstwa filtracyjna po stronie odpływu stanowi mechaniczną ochronę tkaniny nośnej podczas czyszczenia filtra. Co bardzo istotne, powierzchnia warstwy od strony napływu spalin powinna zostać wygładzana przez opalanie i prasowanie. Ponieważ dla filtrów igłowanych szczególnie groźna jest obecność pary wodnej, która wpływa na skrócenie żywotności materiału, 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.
Przeczytaj także: Webber AP8400 - wymiana filtrów
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/m2/h).
Filtry narurowe
Filtry narurowe stosowane są pojedynczo lub w szeregowym układzie. Standardowy filtr narurowy 3-elementowy składa się z głowicy z przyłączami, klosza oraz pierścienia. Głowica wykonana jest zazwyczaj z tworzywa sztucznego, np. PP (polipropylenu), ale również może zostać wykonana z brązu, stali nierdzewnej, co jest przydatne zwłaszcza w aplikacjach wysokotemperaturowych. W głowicy mieszczą się dwa gwinty wewnętrzne, na życzenie klienta mogą być wykonane z mosiądzu. Pierwszy to króciec wejściowy, przez który wprowadzana jest ciecz zanieczyszczona. Drugi to tzw. przyłącze wyjściowe, przez które wyprowadzane jest medium przefiltrowane. Bardzo ważnym elementem głowicy jest odpowietrznik (tzw. zawór odpowietrzający) umieszczany zazwyczaj w jej górnej części.
Cały proces filtracji przebiega wewnątrz klosza zamocowanego za pomocą pierścienia do głowicy. Pomiędzy głowicą a kloszem znajduje się o-ring - specjalny elastomer, który zapewnia szczelność łączenia. Zasadniczym i najważniejszym elementem każdego filtra jest wkład filtracyjny. To od jego wyboru oraz rodzaju zależy zasadniczo proces filtracji. W celu zobrazowania jak przebiega filtracja wewnątrz filtra przyjrzyjmy się rys. Zanieczyszczona woda wpływa do wnętrza filtra za pomocą przyłącza wejściowego (1) do wnętrza klosza (2), w którym znajduje się wkład filtracyjny, np. sznurkowy (3). Woda przepływa wzdłuż całej powierzchni wkładu filtrującego. Zanieczyszczenia zostają zatrzymane na jego zewnętrznej powierzchni, a przez powierzchnię wkładu przepływa woda pozbawiona cząstek o określonej średnicy w zależności od dokładności filtracji wybranego wkładu.
Filtry powietrza w systemach wentylacyjnych
Filtry powietrza to niezbędny element każdego systemu wentylacyjnego - zapewniają czyste powietrze, chronią instalacje i wpływają na komfort użytkowników. Filtracja powietrza to proces kluczowy dla utrzymania czystości powietrza w systemach wentylacyjnych, mający na celu usuwanie zanieczyszczeń i ochronę zarówno użytkowników pomieszczeń, jak i elementów instalacji. Efektywność filtracji zależy od kilku kluczowych parametrów.
Skuteczność filtracji określa zdolność filtra do zatrzymywania zanieczyszczeń o różnych rozmiarach. Opór przepływu powietrza powinien być jak najniższy, aby ograniczyć zużycie energii i uniknąć przeciążeń systemu. Chłonność pyłowa określa, jak długo filtr może działać bez konieczności wymiany.
Przeczytaj także: Optymalne rozcieńczenie bimbru
Filtry powietrza odgrywają ważną rolę w funkcjonowaniu systemów wentylacyjnych, zarówno nawiewnych, jak i wywiewnych. W systemach nawiewnych oczyszczają powietrze z zanieczyszczeń, chroniąc komponenty takie jak wymienniki ciepła i wentylatory przed uszkodzeniami - jest to szczególnie istotne w instalacjach wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła, gdzie zabrudzony wymiennik bezpośrednio obniża sprawność energetyczną całego systemu.
Skuteczność działania systemu zwiększa filtracja wielostopniowa, obejmująca filtry wstępne do zatrzymywania większych zanieczyszczeń, filtry dokładne dla pyłów i mikroorganizmów oraz filtry absolutne, które zapewniają najwyższą czystość powietrza. Dobrze dobrane filtry chronią elementy instalacji przed zabrudzeniem i uszkodzeniem, co wydłuża ich żywotność i pozwala na efektywne działanie systemu przy niższych kosztach eksploatacji. Filtry powietrza stosowane w systemach wentylacyjnych można podzielić na trzy podstawowe grupy: wstępne, dokładne i absolutne.
- Filtry wstępne są pierwszym etapem filtracji, usuwając z powietrza największe zanieczyszczenia, takie jak kurz czy pył. Chronią elementy systemów wentylacyjnych - wentylatory i wymienniki ciepła - przed uszkodzeniem.
- Filtry dokładne stanowią drugi stopień filtracji, zatrzymując mniejsze cząsteczki, takie jak drobny pył czy mikroorganizmy.
- Filtry absolutne to trzeci stopień filtracji, stosowany w miejscach o najwyższych wymaganiach higienicznych, takich jak szpitale czy laboratoria. Charakteryzują się bardzo wysoką skutecznością zatrzymywania nawet submikronowych cząstek.
Materiały filtracyjne stosowane w filtrach powietrza to najczęściej włókna szklane, polipropylenowe lub syntetyczne, które zapewniają wysoką skuteczność przy niskim oporze przepływu. Regularna wymiana i konserwacja filtrów to kluczowe działania zapewniające sprawność systemów wentylacyjnych, optymalną jakość powietrza oraz długą żywotność instalacji.
Warto wiedzieć, że sprawność czystego filtra zaraz po zainstalowaniu jest niższa niż znamionowa i wzrasta w miarę osadzania się zanieczyszczeń na powierzchni filtracyjnej - osadzona warstwa pyłu tworzy tzw. wtórną warstwę filtracyjną. Niemniej jednak wzrastają jednocześnie opory przepływu powietrza. Procedury konserwacji obejmują kontrolę stanu filtrów, czyszczenie instalacji i regularne sprawdzanie szczelności systemu. Zaniedbanie wymiany filtrów może prowadzić do zwiększenia kosztów eksploatacyjnych, obniżenia jakości powietrza oraz uszkodzenia elementów systemu takich jak wymienniki ciepła czy wentylatory. Regularna kontrola i konserwacja to najlepszy sposób na utrzymanie sprawnego działania systemów wentylacyjnych.
tags: #filtracja #przemysłowa #rysunek #techniczny #zasady
