О проведении научно-исследовательских и проектно- конструкторских работ с опытным внедрением ( НИОКР с ОВ)


                                                        Группа компаний «ФИЛЬТРПРОМ»  

                                                                                 СПЕЦФИЛЬТР

                                                                    Научно-технический центр

 

О Т Ч Ё Т

О проведении научно-исследовательских  и проектно- конструкторских работ

                                    с опытным внедрением ( НИОКР с ОВ)

Основание: договор №103 ПКР от 26.10.2012г. с   ОАО «Гродненский комбинат строительных материалов»

Раздел  1                   Исходные данные для разработки

Раздел  2                   Анализ существующей технологи очистки

Раздел  3                   Описание предлагаемой технологии  очистки

Раздел  4                   Обоснование конструкции и применяемости узлов

Раздел  5                   Выводы и рекомендации

 

Раздел  1. Исходные данные для разработки              

1. Оборудование – предмет НИОКР с  ОВ. Источник выброса : 101. Цех № 8.

Номер аспирационной системы : А – 3б

Газоочистительная установка в составе:

1-я ступень – циклон ЦН – 15 D 800 (1шт.)

2- я ступень – фильтр рукавный ФРКИ – 60 (сб.2)

2. Назначение системы.

Для очистки аспирационного воздуха, удаляемого от бункера вяжущего линии №1 и места пересыпки в смеситель массозаготовительного отделения цеха № 3  (производство силикатного кирпича).

3. Характеристики имеющиеся .

Производительность – 3 976  м3\час.

Мощность вентилятора – 11,0 кВт.

Рукава – 72 шт.

Площадь фильтрации 60 м.кв.

Запылённость после очистки – свыше 20 мг\м3.

4. Цель разработки.

Замена рукавов на картриджные элементы фильтрующие.

Уменьшение энергопотребления.

Уменьшение запылённости до 5 мг\м3.

 

Раздел  2. Анализ существующей технологи очистки

Рукавные фильтры.

Конструкции матерчатых фильтров весьма разнообразны. Наибольшее распространение в настоящее время получили фильтры с цилиндрической формой рукава — рукавные фильтры. В большинстве отраслей промышленности рукавные фильтры стабильно обеспечивают эффективность пылеулавливания на уровне 99% по крупной фракции.  Практика применения в отрасли строительных материалов показывает, что остаточная запылённость по мелкой фракции менее 1 мкм превышает, как правило 20-50 мг\м3 воздуха. Гидравлическое сопротивление их лежит в пределах 1000-3000 Па, наработка на отказ определяется  4000 – 6000 час в зависимости от вида пыли.

Рукавные фильтры имеют много преимуществ по сравнению с другими конструкциями матерчатых фильтров – достаточно высокая эффективность пылеулавливания, надежность. Однако, слабости, присущие любым технологиям фильтрации, основанным на применении тканых материалов, в рукавных фильтрах проявляются наиболее гипертрофированно. Например, небольшое механическое повреждение, связанное с износом, а текстильные материалы подвержены интенсивному износу, приводит к лавинному образованию непрерывно разрастающегося отверстия.

Рукавные фильтры имеют широкую сферу применения в различных отраслях промышленности:

  • на тепловых электростанциях для улавливания летучей золы при сжигании угля или нефти.
  • в системах аспирации при пересыпке, транспортировке, упаковке сыпучих высокодисперсных порошковых материалов.
  • на заводах черной металлургии для очистки газов после мощных электродуговых сталеплавильных печей.
  • на заводах цветной металлургии для очистки газов после печей производства кремния и выплавки алюминия.
  • в энергетике — после котлов, сжигающих каменный уголь.
  • в производстве строительных материалов после мельниц и обжиговых печей.
  • на предприятиях химической промышленности для очистки газов в процессе мокрой грануляции сажи, при получении и обработке порошков и пылевидных материалов.

К сожалению, в производстве строительных материалов, в присутствии «вяжущих», малейшие колебания влажности приводят к аварийному останову рукавных фильтров с превращением их в прочные , жёсткие «столбики».

К слабости рукавных фильтров можно отнести также многочисленность рукавов при которой отследить целостность системы и определить источник пропускания пыли в случае механического повреждения, практически невозможно и приходится заменять весь комплект.

Регенерация рукавных фильтров.

В процессе работы матерчатых фильтров происходит постепенное отложение пыли в порах фильтровального материала и на его поверхности. По мере роста слоя пыли растет и гидравлическое сопротивление аппарата. Если периодически не удалять пылевой слой с поверхности материала произойдет «запирание фильтра», т.е. тягодутьевой аппарат (обычно вентилятор) будет не в состоянии протягивать газ через забившуюся фильтровальную перегородку. В результате постепенного забивания, будет падать эффективность фильтра и в конце концов, движение газа через фильтр прекратится. Для поддержания фильтра в работоспособном состоянии необходимо периодически удалять пыль с поверхности фильтровального материала из пор.

Однако, как известно, оседающий на поверхности фильтровального материала слой пыли одновременно является фильтрующей средой, препятствующей проскоку наиболее мелких частиц пыли. Поэтому с фильтровального материала необходимо удалить не весь слой пыли, а только часть, чтобы обеспечить приемлемое гидравлическое сопротивление аппарата и сохранить его высокую эффективность пылеулавливания. Процесс удаления части пылевого слоя снаружи и изнутри фильтровальной перегородки в матерчатых фильтрах принято называть регенерацией, т.е. частичным восстановлением первоначальных свойств фильтровальной перегородки.

Классификация рукавных фильтров по способу регенерации фильтровального материала:

- Механическое встряхивание

Механическое встряхивание это основной способы регенерации фильтровального материала. Он основан на сотрясении рукавов в вертикальном и или горизонтальном направлении. Достоинствами фильтров с механическим встряхиванием является стабильность удаления осадка пыли. В качестве основных недостатков следует отметить сложность встряхивающего механизма, который требует постоянного внимания обслуживающего персонала, истирание и изломы рукавов в одних и тех же местах, чувствительность системы к усадке и вытяжке рукавов, необходимость отключения фильтра или отдельной секции на время проведения регенерации.

- Обратная продувка

Эффективный метод регенерации фильтровального материала путем обратной продувки очищенным газом или напорным воздухом. Обратная продувка, как правило, применяется в сочетании с другими способами: механическим встряхиванием, перекручиванием, вибрацией, покачиванием рукавов и др.. Однако производительность их несколько снижена за счет подсоса воздуха в период регенерации фильтровального материала. Обратная продувка обычно сопровождается  деформацией фильтровального материала, которая  действует отрицательно на волокна.

Большое разнообразие технологических процессов, требующих высокоэффективной очистки отходящих газов или улавливания высокодисперсной пыли вызвало необходимость разработки и производства специальных фильтров, предназначенных для конкретных условий применения. Так, например, специфика улавливания волокнистой пыли рукавными фильтрами несколько отлична от улавливания обычной пыли. Очистка взрывоопасных газов потребовала введения определенных конструктивных особенностей в аппараты фильтрации. В конструктивном оформлении матерчатые фильтры для очистки высокотемпературных газов отличаются и по применяемому фильтровальному материалу и по исполнению многих узлов и деталей от фильтров, предназначенных для очистки атмосферного воздуха. Для улавливания дорогостоящей пыли, ядовитых материалов требуются фильтры с повышенной гарантией от проскока их через фильтровальный материал. В одних случаях очистке подвергаются небольшие объемы газов, в других случаях необходимо очищать сотни тысяч и миллионы м3/ч.

Всё перечисленное , несмотря на широкое распространение рукавных фильтров, привело к созданию принципиально новой технологии фильтрации, основанной на картриджных  фильтроэлементах с полимерным нетканым фильтрующим материалом. Более подробно об этом — в следующем разделе.

 

Раздел 3. Описание предлагаемой технологии  очистки

Картриджные фильтры (патронные, кассетные) предназначены для тонкой очистки пылегазовоздушных потоков с температурой до 120°.

Картриджные фильтры являются наиболее эффективным решением улавливания взвешенных выбросов из воздуха и газов (в том числе по сравнению с рукавными фильтрами). Использование в картриджных фильтрах фильтрующих материалов, классов очистки «М» по классификации B.I.A. (Германия) позволяет достигать остаточной запыленности на выходе из картриджных фильтров  около 5 мг/м³. Высокая степень очистки картриджных фильтров позволяет решать следующие задачи:

  • возвращать очищенный воздух в производственное помещение, что в ряде случаев позволяет отнести картриджные фильтры к категории энергосберегающего оборудования.
  • эффективно улавливать вещества 1-го класса опасности (свинец, кадмий и т.д.), а так же аэрозоли с ионизирующим излучением.

Картриджные фильтры являются наиболее компактным пылегазоочистным оборудованием (в том числе по сравнению с рукавными фильтрами). Так, в нашем случае , 72 рукава заменяются 8-ю картриджами, имеющими увеличенную более чем в полтора раза, площадь фильтрации.  Конструкция фильтрующих элементов позволяет размещать в себе фильтрующий материал с более развитой фильтровальной поверхностью, что делает конструкцию картриджных фильтров максимально компактной. Ввиду своих малых габаритов картриджные фильтры, в большинстве случаев можно разместить в ограниченных помещениях, рядом с технологическим оборудованием.

Картриджные фильтры применяются в следующих отраслях промышленности:

  • чёрная металлургия;
  • цветная металлургия;
  • промышленность по производству строительных материалов;
  • машиностроение;
  • литейное производство;
  • металлообработка;
  • стекольная промышленность;
  • химическая промышленность;
  • пищевая промышленность;
  • деревообработка и мебельная промышленность;
  • энергетика

Наиболее часто картриджные фильтры используются в технологических процессах порошковой покраски, в сварочных процессах, на улавливании  аэрозолей плазменной резки, после дробеструйных камер, на регенерации формовочного песка и т.д.

Фильтрующий материал картриджей и  тип покрытия  (антистатическое, тефлоновое и др.) подбирается в зависимости от условий эксплуатации картриджного фильтра и свойств улавливаемых пылей. В нашем случае – это нетканый фильтрующий материал из полиэстера с тефлоновой обработкой.

В зависимости от исполнения картриджного фильтра замена фильтрующих элементов в них может осуществляться сверху (со стороны отсека чистого воздуха), либо сбоку (со стороны отсека запылённого воздуха). Срок службы фильтрующих элементов в картриджных фильтрах в среднем составляет порядка 2-х лет.

Регенерация картриджных фильтров — импульсная, сжатым воздухом. Импульсная регенерация может быть выполнена в одном из двух режимов работы:

  • режим «ON LINE», — традиционный режим, когда процесс регенерация фильтрующих элементов происходит параллельно с процессом очистки газа;
  • режим «OFF LINE», — для сложных условий эксплуатации. Режим предусматривает секционное изготовление корпуса картриджного фильтра и предусматривает отключение одной из секций работающего фильтра на время регенерации.

«НТЦ СПЕЦФИЛЬТР» изготавливает различные виды картриджных фильтров:

  • взрывобезопасные картриджные фильтры;
  • высокопроизводительные картриджные фильтры (для очистки объёмов газа свыше 100 000 м³/час);
  • напорные фильтры (для систем пневмотранспорта и т.д.);
  • точечные фильтры (для аспирации мест пересыпок конвейеров, расходных бункеров и др.).

Сменный фильтр выполнен в виде «патрона» и представляет собой полый цилиндр, поверхность которого образована гофрированным фильтрующим материалом. С одной торцевой стороны сменного фильтра располагается глухой фланец, а с другой – кольцо с крепежным элементом и, в зависимости от конструкции, уплотнителем. Крепление и фиксация фильтрующего материала с торцевыми элементами производится с помощью специального  герметика сложного химического состава.

Фильтрующий материал выполнен из тонких волокон полиэфира с системой термофиксации в хаотическом порядке, что дает возможность создания пор соизмеримых с размером частиц пыли, степенью фильтрации по классу «М» лаборатории B.G.I.A.(Германия), классификация USGC. Воздух пригоден для возврата в цех «на дыхание».

Тефлоновая составляющая.

Во взрывобезопасном исполнении – электростатическая составляющая.

Передвижной фильтр (на колесах, вручную) или стационарный по выбору.

Клапан — распределитель с фильтром для очистки и обезвоживания воздуха, подаваемого на самоочистку.

Встроенный или выносной вентилятор.

Справка: стандартная длительность эксплуатации фильтрующих элементов при отсутствии в продуктах фильтрации масляных паров, окалины, соблюдения давления на обратной продувке и режима продувок, опыления специальным порошком, составляет не менее 6000 рабочих часов. Воздух на обратную продувку должен соответствовать классу 10 по ГОСТ 17433-8.

В системе предусмотрена автоматическая сигнализация о загрязненности сменных фильтров.

Производительность обеспечивается не на вентиляторе, а по факту всасывания, т.к. это компенсирует потери по ходу движения очищаемой среды.

Раздел  4. Обоснование конструкции и применяемости узлов

А)    Начальная стадия обоснования выбора конструкции картриджей для замены рукавов состоит в расчёте научно обоснованной нагрузки при подаче воздуха на фильтрующий материал.

Для отраслей по производству строительных материалов с участием «вяжущих», для применяемых видов фильтроматериалов  и в результате многочисленных теоретических разработок, подтверждённых опытно-экспериментальными работами, установлен оптимальный объём продувки запылённого воздуха на один кв. метр фильтрующего материала – не свыше 50 м3\ м2.

Исходя из заданной величины нагрузки -  3 976  м3\час (см. исходные данные), общая площадь фильтрации должна составлять не менее 80 м2.

Имея в виду, что существующий  рукавный фильтр в составе системы имеет 12 блоков по 6  рукавов в каждом блоке, обеспеченным системой клапанов и продувных сопел, с общей площадью фильтрации 60 м2  принято решение установить два блока фильтрации по четыре фильтроэлемента      ФВС М D 210 х 175х1200. Общая площадь фильтрации  8-и элементов  – 128 м2, т.е. увеличена более чем в  два  раза по сравнению с существующей и одновременном уменьшении числа элементов с 72-х до 8-ми. Одновременно  заменяются  плиты крепления фильтроэлементов и система обратной продувки.  Устанавливается также новая система автоматического управления системой продувки и вентилятором.

Б) Вторая стадия обоснования – выбор вентилятора. Методика расчёта специально разработана для конкретной задачи, состоящей в учёте  аэродинамических  характеристик   существующей системы. Методика является интеллектуальной собственностью « НТЦ  СПЕЦФИЛЬТР».

В соответствии с названной методикой выбран  вентилятор

Выбранный вентилятор обеспечивает  необходимый объём прокачки  пыле- воздушной смеси  и перепад давления, достаточный для продувки фильтрующего материала.

В)  Обоснование выбора  режимов   самоочистки  картриджей  импульсной  продувкой.

Спроектирован и изготовлен блок системы обратной продувки картриджей  по команде от датчиков перепада давления на фильтре. При  увеличении  перепада давления  автоматически учащается подача импульсов сжатого воздуха, а при определённых условиях,  меняется   длительность импульса.

Раздел  5. Выводы и рекомендации

После завершения всех работ, предусмотренных договором и графиком. Заказчик пригласил специализированную организацию, имеющую всё необходимое для  проведения замеров запылённости после установки картриджных фильтров.

Результаты замеров аккредитованной организации  — 1,6 мг/м3.

Вывод.

1. Предлагаемая технология модернизации рукавных фильтров, выраженной в замене рукавных систем на картриджные, позволяет выйти на уровень экологической безопасности с показателями запылённости в несколько раз ниже  допустимых по нормативам. Что создаёт для Заказчика эффект экономии средств по экологическому налогу.

2. Срок эксплуатации картриджей значительно превышает срок службы рукавов.

3. Экономическая эффективность по затратам электроэнергии отслеживается по фактической мощности эксплуатации вентилятора.

Рекомендации

Рекомендуется провести обследование всех, эксплуатируемых у Заказчика рукавных фильтров и разработать совместно с Исполнителем график их модернизации.