Одним из наиболее эффективных, самых давних и надежных, способов очистки промышленных газовых выбросов от высокодисперсных пылей является фильтрация через пористые перегородки. Первоначальный процесс фильтрации через пористую перегородку, до накопления в ней пыли и создания на поверхности пылевого осадка, не является решающим в эффективности очистки промышленных газовых выбросов. Он довольно подробно описан в отечественной и зарубежной литературе [л.1,2.3,29]. Процесс осаждения пыли на волокнах фильтровального материала в первоначальный период происходит за счет комплекса факторов воздействия на частицы при прохождении их через лабиринт волокон. Если размер частиц пыли превышает размер пор фильтровального материала, происходит их отсеивание. При движении частиц в порах с большой скоростью они не могут идти вместе с газом, огибая все волокна, прижимаются к ним и оседают на них. Осаждение мелких частиц на волокнах может происходить за счет электрических сил, за счет гравитационного осаждения, за счет броуновского движения и, наконец, за счет совокупности всех этих факторов.
В практике промышленного пылеулавливания с помощью рукавных фильтров основным механизмом осаждения частиц пыли, вероятно, следует считать ситовый эффект. Постепенно на поверхности фильтровального материала образуется пылевой слой с порами, размер которых не превышает размер частиц. Этот слой и является основой отделения частиц пыли от очищаемого газа, а сохранение его является необходимой гарантией высокоэффективной очистки промышленных газов.
По мере запыления фильтровального материала и накопления на его поверхности значительного пылевого слоя гидравлическое сопротивление фильтра увеличивается и в определенный период необходимо проведение режима регенерации. Процесс регенерации заключается в удалении с поверхности фильтровального материала и изнутри пор накопившейся пыли одним из способов, описанных ниже. Однако излишнее удаление слоя пыли приведет к некоторому снижению пылеотделяющих свойств фильтровальной перегородки. Поэтому, в идеале, удалить необходимо столько, чтобы максимально снизить гидравлическое сопротивление фильтра, оставив на приемлемом уровне его пылеотделяющие способности.
Основные закономерности процесса регенерации фильтровального материала можно рассмотреть на примере мысленного выделения пылевого слоя, находящегося на вертикальной поверхности пористой перегородки. На этот элемент действуют силы, которые, с одной стороны отрывают и с другой стороны удерживают его на поверхности. (Рис. 3.1.)
|
|
Так, сила тяжести отрываемой пыли с единицы поверхности запыленного материала равная ее массе Gi (кг/м2), и сила, возникающая в процессе регенерации Fw (Н/м2), стремятся оторвать элемент пыли от фильтровального материала, а сила сцепления с поверхностью, обусловленная адгезионно-аутогезионными свойствами пыли в виде нормальной Fн (Н/м2) и тангенциальной Fт (Н/м2) составляющих, а также сила давления набегающего потока DР (Н/м2), удерживают элемент пыли на поверхности перегородки. При этом сила давления набегающего потока возрастает по мере запыления фильтровальной поверхности.
Для рассматриваемого случая можно записать условия отрыва пыли от фильтровальной поверхности, а, следовательно, условие, при котором фильтр будет частично восстанавливать свою работоспособность.
|
|
cosj [(gGi)2 +Fw2] > FТ2 +(Fн + DP)2 (3-1)
где: j - угол наклона вектора F2 и F1
в режиме равновесия cos j = 1
Поделим левую и правую части этого неравенства на величину (gG)2 характеризующую общую массу пыли на пористой перегородке перед ее регенерацией, а именно:
G = Gi+G0
где: Gi- удаляемая при регенерации масса пыли.
G0 - остаточная (не удаляемая при регенерации) масса пыли.
После деления преобразуем неравенство в виде:
, (3-2)
где: 
- показатель, характеризующий эффективность регенерации.
Очевидно, что эта величина может изменяться в пределах от 0 до 1. Нулевое значение соответствует состоянию, когда вся пыль при регенерации удерживается на поверхности фильтровального материала, а другое крайнее значение (единица) соответствует состоянию, когда вся пыль при регенерации удаляется с поверхности фильтровального материала.
Если на фильтровальную перегородку не действует сила давления набегающего потока, т.е. регенерация осуществляется после отключения газового потока, то неравенство (3-2) приобретает вид:
, (3-3)
где 
Из неравенства (3-3) следует, что регенерация не осуществима при Fw <Fт, поэтому условие эффективной регенерации при отключенном газовом потоке записывается в виде:
Fw >F1, (3-4)
При наличии газового потока условие регенерации записывается в виде:
, (3-5)
Применительно к импульсной регенерации, значение Fw определяется из уравнения импульса силы, возникающей в результате кратковременного истечения газа через сопло в объем фильтровального элемента. Преобразованием формулы (3-5) получено условие, характеризующее регенерацию фильтровальной поверхности в зависимости от давления воздуха, сечения сопла и аутогезионных свойств пылевого слоя [Л.4]:
|
|
, (3-6)
где: P – абсолютное давление газа в сечении сопла, Н/м2
r - плотность газа, кг/м3
f - площадь узкого сечения сопла, м2
qф - объём фильтровального элемента, м3