Принципиальная схема матерчатого фильтра с цилиндрической формой. размещения фильтровального материала (рукавного фильтра) представлена на рис. 3.3..
Рукавные фильтры широко распространены в различных отраслях промышленности, имеют много существенных преимуществ по сравнению с другими конструкциями матерчатых фильтров. Однако, наряду с достоинствами, имеются недостатки, сдерживающие более широкое их распространение. Одним из существенных недостатков рукавных фильтров является сравнительно небольшая поверхность фильтрации, приходящаяся на единицу объема рабочей камеры фильтра. При цилиндрической форме размещения фильтровального материала на 1 м3 объема рабочей камеры в среднем приходится от 4 до10 м2 фильтровального материала.
Стремление к более компактному размещению фильтровального материала, а рабочей камере фильтра привело н созданию оригинальных конструкций, многие из которых нашли практическое применение в различных отраслях промышленности.
Фильтры карманного типа получили широкое распространение при очистке аспирационного воздуха на шахтах Германии. Карман (кассета) представляет собой проволочный каркас прямоугольной формы, на который натягивается фильтровальный материал (Рис.3.4.). Одна из узких сторон кармана открыта и обрамлена фланцем, который крепится к панели. Запыленный воздух подается снаружи кармана, фильтруется тканью и очищенный проходит внутрь, в пространство, образованное проволочным каркасом. Периодически подача воздуха в карманы прекращается и пыль удаляется. Осуществляется это вибратором и обратной продувкой чистым воздухом. Имеются карманные фильтры, в которых регенерация производится непрерывно посекционно лишь обратной продувкой (Рис. 3.5.). Непрерывно движущаяся в направлении вдоль фронта кассет, со стороны открытых их частей, ролики изолируют поочередно один из вертикальных рядов кассет от коллектора чистого воздуха, и соединяет его через патрубок с наружной атмосферой или же с нагнетательным патрубком вентилятора, перемещающегося совместно с уплотняющими роликами. В момент перекрытия кассеты происходит регенерация ткани. Преимуществом такого фильтра является более компактное размещение фильтровального материала в рабочей камере, отсутствие встряхивающего механизма. Вместе с тем, применение перемещающегося продувочного устройства со скользящим патрубком вдоль отверстий кассет усложняет установку, требует точной регулировки системы очистки ткани от пыли и постоянного контроля за уплотнениями. В конструктивном оформлении карманные фильтры весьма разнообразны. На рис. 3.6 представлен фильтр с зигзагообразным расположением фильтрующего материала. Обычно такие фильтры работают без регенерации фильтрующего материала. После забивания его меняют на новый. Фильтры данной конструкции в основном используются для тонкой очистки с малой входной запыленностью газа. В качестве фильтрующего материала в них часто используется картон или бумага. Фильтр используется либо в виде отдельной ячейки, либо в составе панели. В последнем случае несколько ячеек закрепляют на общей раме. Несмотря на малые габариты, такие фильтры по сравнению с другими значительно дороже. Они способны работать при повышенной влажности очищаемого газа. Отсутствие регенерирующего устройства обычно приводит к быстрому забиванию фильтровального материала и к необходимости частой его замены. Используются фильтры для очистки воздуха с малой концентрацией пыли. [Л.5.]
Другим фильтром с зигзагообразным расположением фильтровального материала является шпагатный фильтр. (Рис. 3.7.). Фильтрующий слой в шпагатных фильтрах образован из пучков ворсистого шпагата, расположенных на специальной раме и плотно прилегающих друг к другу. Очищенный газ проходит сквозь промежутки между нитями через всю толщину слоя, а частицы пыли оседают на ворсинках шпагата, образуя слой, уменьшающий просветы и увеличивающий эффект пылезадержания. Регенерация фильтровального материала производится отряхиванием при помощи механических ударов по раме. Зигзагообразные шпагатные фильтры относятся к аппаратам средней очистки и их применение ограничено в основном улавливанием волокнистой пыли. Степень улавливания пыли такими фильтрами относительно невелика, однако удельные газовые нагрузки на фильтровальный материал принимаются повышенными при относительно невысоком гидравлическом сопротивлении.
Некоторые применения в отдельных переделах, связанных с пылевыделением, нашли фильтры с расположением фильтровального материала в виде цилиндрической “гармошки” (рис.3.8.), спиральной формы (рис.3.9.), ромбовидной формы (рис.3.10.).
При разработке фильтровальных элементов подобных форм в основном исходили из стремления получить как можно более компактные фильтры. В фильтре типа “гармошка” запыленный воздух подается внутрь элемента. Рукав периодически выдается на поверхность и пыль, осажденная на фильтровальном материале, собирается пылесосом.
Фильтровальный элемент спиральной формы представляет собой рукав, натянутый на пружину. В промежутках между витками пружины рукав обвязан по спирали эластичным шнуром, образуя с внешней стороны фильтрующей поверхности желоб, диаметр которого меньше диаметра пружины. Регенерация рукава проводится методом сметания пыли щетками, движущимися по наружной поверхности рукава или иным способом.
Фильтровальный элемент ромбовидной формы в нижней части снабжен рукавом для удаления уловленной пыли в пылесборную воронку. Достоинством фильтров с такими формами компоновки является развитая поверхность фильтровального материала в единице объема рабочей камеры.
В качестве недостатка спиральных фильтров следует отметить наличие большого количества складок на рукавах, значительно снижающих полезную фильтрующую поверхность и ухудшающих натяжку ткани на спиральном каркасе.
Подобна спиральной по внешнему виду раскладка фильтровального материала в рабочей камере “ тарельчатая”. В “ тарельчатых” фильтрах секция набирается из отдельных самостоятельных дисковых элементов (рис.3.11.). Тарельчатые элементы последовательно одеваются на воздухо-отборную трубу с отверстиями. В фильтрах с такой раскладкой фильтровального материала обычно применяется способ регенерации с использованием центробежных сил. В качестве недостатка фильтров такой конструкции следует отметить большую длину уплотнений с каркасом и наличие вращающихся узлов, снижающих надежность аппарата. Однако, в единице объема рабочей камеры тарельчатая форма позволяет разместить значительное количество фильтровальной поверхности, а при выходе из строя отдельных тарелок фильтр быстро восстанавливается путем замены их на новые.
Одним из способов компактного размещения фильтровального материала в камере фильтра является компоновка типа "звездочка". Такие фильтры имеют цилиндрический корпус, а фильтрующий элемент выполнен в виде звезды, в центре которой имеется труба с отверстиями для выхода очищенного газа (рис.3.12.). Регенерация фильтровальной ткани осуществляется или путем вращения звездчатой конструкции или вибрацией каркаса. Фильтры данной конструкции получили единичные применения на ряде электрохимических предприятий. В качестве фильтровального материала в них чаще всего используется стеклоткань. Недостатками таких фильтров является сложность крепления фильтровального материала, сложность его подтяжки в процессе эксплуатации, сложность балансировки вращающегося узла при применении способа регенерации за счет использования центробежных сил.
В институте НИИОГАЗ в пятидесятых годах Абросимовым Ю.В. была разработана оригинальная компоновка из фильтровального материала под названием "конус в конусе", позволившая разместить в рабочей камере фильтра значительное количество фильтровальной ткани (рис.3.13.). Фильтровальный элемент в виде концентрически расположенных конусов сливается в виде сильно вытянутого конуса. К этому конусу, в соответствии с принятым шагом колец, пристрочены кольцевые петли с заложенными в них металлическими кольцами. Собранный таким образом фильтровальный элемент складывается по местам прикрепленных колец и растягивается между крестовинами. Натяжение ткани в каждой складке регулируется съемными кольцами и зажимами. К недостаткам данной конструкции можно отнести: неудобство и сложность раскроя и сшивки фильтровальной ткани в случае прорыва, быстрый износ фильтровального материала в местах его крепления, сложность механизма регенерации.[Л.30.]
Известны панельные фильтры с фильтровальной поверхностью в виде ленты (рис.3.14.). По мере загрязнения лента автоматически перематывается с одного барабана на другой. Применяются такие фильтры в основном для очистки вентиляционного воздуха в производственных помещениях. Фильтры, как правило, изготавливаются на малую производительность. Система регенерации фильтровального материала отсутствует. По мере загрязнения фильтровальный материал или заменяется новым или продувается в обратном направлении воздухом в специальных камерах.
Одновременно в Пражском институте "Воздухотехника" и в Семибратовском филиале НИИОГАЗ в 60-х годах (XX век.) разрабатывался тканевый фильтр с клиновой раскладкой ткани (Рис.3.15.). Опытный фильтр клиновой конструкции с импульсным методом регенерации был испытан на участке очистки воздуха после печи обжига магнезита на Саткинском заводе магнезит [Л6]. По компактности размещения фильтровальной ткани клиновый фильтр в полтора раза более экономичен по сравнению с рукавными фильтрами. Результаты испытаний опытного фильтра легли в основу при разработке серийного фильтра ФПИ-100. Клиновой фильтр ФПИ-100 был принят на серийное производство в 60-70-х годах на Семибратовском заводе газоочистительной аппаратуры и внедрялся на асбестовых заводах для улавливания волокнистой пыли после кардочесных машин.
Одной из самых компактных разверток фильтровального материала в рабочей камере фильтра следует считать ячейковую (или иначе так называемую сотовую) компоновку. Впервые сотовая компоновка была разработана в 60-70-х годах в Семибратовском филиале НИИОГАЗ. Фильтровальный элемент сотового фильтра состоит из ячеек для запыленного и очищенного газа. Ячейки для запыленного и чистого газа расположены в шахматном порядке (рис.3.16.).
Образованы ячейки способом соединения фильтровального материала сшивкой или термической сваркой. Ячейки для запыленного газа закрыты с верхнего торца. Ячейки для очищенного газа закрыты с нижнего торца. Сшитый фильтровальный элемент растягивается на каркасе. Ячейки чистого и запыленного газа сообщаются между собой только через фильтровальный материал. В фильтре ячейковой конструкции первых выпусков торцы ячеек глушились пробками и заливались эпоксидной смолой. В серийных фильтрах более поздних выпусков торцы ячеек образованы фильтровальным материалом.
Фильтр с шахматным расположением ячеек, в сумме напоминающих сотовую структуру, был зафиксирован Авторским свидетельством на изобретение [Л7], а патентодержателем способа изготовления фильтровальных элементов и устройства по их изготовление является Семибратовская фирма НИИОГАЗ "Росгазоочистки" [Л8]. По компактности размещения фильтровального материала сотовая структура во много раз превышает все существующие способы. В идеале в одном кубическом метре объема рабочей камеры таким способов можно разместить до 70 м2 фильтровального материала. Для сравнения в 1 м3 объема рабочей камеры рукавной цилиндрической компоновкой размещается 4-10 м2 фильтровальной поверхности.
Промышленные фильтры с сотовой компоновкой выпускаются под названием ФКИ (Фильтр кассетный импульсный). Более подробная информация о фильтрах ФКИ приведена в разделе 3.4.5 данной главы.