Özet

İğne Keçeli Filtre Torbaları İçin Filtre Ortamı ve Kireç Taşı Toz Kekinin Direnç Parametreleri Üzerindeki Etkisini inceleyeceğiz bugün Direnç parametreleri, torbalı filtrelerde basınç düşüşünün tahmini için önemlidir. Kireç taşı tozu için bildirilen değerler büyüklük bakımından farklılık gösterir ve aynı zamanda çalışma parametrelerine de bağlıdır. Bu çalışmada, ortam koşullarında hava ve kireç taşı tozu kullanan üç tip iğne keçeli filtre torbası için pilot ölçekli bir jet pulse torbalı filtre  testten deney verileri sağlanmıştır. Sonuçlar, filtre maddesinin özgül direncinin hızdan bağımsız olduğunu, filtre keki özel direncinin filtreleme hızı ile lineer olarak arttığını ortaya koymaktadır. Artan basınç düşüşü, üst basınç düşüş limitinden bağımsız olarak neredeyse sabittir. Sabit hızdaki toz keki direnci ikinci derece bir polinoma uyarken, hızla doğrusal olarak artar. Bütün durumlar için doğrusal bir ilişki bildirilmiştir.  İğne keçeli filtre  toz kek direnci daha yüksek üst basınç düşüş limitinde azalır.

 

Giriş

Torbalı filtrelerde toz yüklü gaz, geçirgen bir iğne keçeli filtre ortamı vasıtasıyla filtre yüzeyinde kalır. Ayrılan toz, artan bir basınç düşüşü kaynağı olan filtre keki adı verilen bir tabaka oluşturur. Basınç düşümü, işletme parametrelerine (örn. Filtrasyon hızı ve toz konsantrasyonu), filtre ortamına (örneğin geçirgenlik ve yüzey özellikleri), tozdan (örneğin partiküllerin kompozisyonu, şekli ve boyutu dağılımı), gaz özelliklerine (kompozisyon ve sıcaklık gibi) ve Torba temizleme sisteminin parametreleri (örn. Basınç ve jet pulse süreleri). Filtre basınç düşüşünü işletme parametreleriyle ilişkilendirmek için iki temel yaklaşım vardır. Birinci yaklaşımda, basınç düşüşü, regresyon analiziyle çalışma parametreleriyle ilişkilidir,

ΔP = a1 + a2ca3P-a4jetN-a5

ΔP = b1wb2P-b3jubub4

Burada c toz konsantrasyonu (g / m3), P jet rezervuardaki basınçlı hava basıncı (bar), N, temizleme darbeleri (-) sayısı, u filtrasyon hızı (mm / s), w Kek alanı yükü (g / m2) ve ai ve bi   rejenerasyon katsayıları.

İkinci ve daha yaygın yaklaşımda, genel basınç düşüşü (ΔP, (Pa)), rejenerasyon filtre ortamı boyunca basınç düşüşünün (ΔPm) ve kek boyunca basınç düşüşünün (ΔPc) toplamı olarak alınır. İki rezistans seri olarak kabul edilir.

ΔP = ΔPm + ΔPc.

Düşük Reynolds sayısında (Re <1) filtrasyon hızı genel olarak düşük olduğundan Darcy kanunu, bireysel basınç düşüşlerini hesaplamak için fibröz filtre ve toz keki gaz akışını tanımlamak için uygulanabilir;

ΔPm = 1BmμLmu

ve

ΔPc = 1BcμLcu

Burada μ, gaz viskozitesi (Pa • s), u yüz hız veya yüzeysel hızı, Lm ve Lc, filtre ortamının kalınlığı (mm) ve toz keki, sırasıyla Bm ve Bc, geçirgenlikleri (m2) Sırasıyla rejenerasyon ve toz kekten sonra filtre maddeleri. Toplam basınç düşüşü şu şekilde yazılabilir:

ΔP = 1BmμLmu + 1BcμLcu

Bununla birlikte, Bc, herhangi bir zamanda t: kütle dengesini kullanarak hesaplanabilen filtre keki (w) kalınlığına (Lc) ve kütlesine bağlıdır t:

Lcρs (1-εc) A = kesmeA = wA

Burada c toz konsantrasyonu, t filtreleme süresi, ρs parçacık yoğunluğu (kg / m3), Se toplam ayırma verimi (-), εc kek gözenekliliği (-) ve w Kek alanı yüküdür.

Denklemleri Birleştirme

ΔP = μBmLmu + μBcwρs (1-εc) u

veya

ΔP = kmμu + kcμwu

Burada km = LMBm filtre maddesinin mukavemet direncidir (m-1) ve kc = 1Bcρs (1-εc) toz kekinin spesifik direncidir (m / kg).

Filtre basınç düşüşünü tanımlamak için en yaygın kullanılan yöntemdir . ΔP’nin, filtre kek kalınlığının orantılı bir şekilde artması veya sabitlenmiş diğer tüm koşullarda kek alanı yükü nedeniyle filtrasyon hızı ile artacağı açıktır. Matematiksel olarak, w, Denklem’de c, u ve t ile ilgilidir.

W = ∫ cudtA

Ve denklemdeki yükseklik (X) ve yoğunluğu (ρc) belirtir.

W = ρcX.

Direnç parametreleri km ve kc, çoğu zaman varsayıldığı gibi sabit değildir, ancak birçok başka değişkenin karmaşık fonksiyonlarıdır. Literatürde tahminler için çeşitli korelasyonlar bildirilmiştir. Filtre ortamı direnci (Km = km ⋅ μ) pulse basıncı, depo basıncı, torbadaki basınç darbesinin bozulması ve hız ile ilgilidir. Filtre kekinin (kc) özgül direnci, örneğin toz özellikleri, parçacık boyutu ve dağılımı, kek yapısı ve gözeneklilik, gaz özellikleri, sıcaklık ve bileşim ve hız, ΔPmax ve toz konsantrasyonu gibi işletme parametrelerine de bağlıdır. Kek direnci parametresi (kc), kek alanı yükü için uygun bir parametre olarak sağlanan basınç düşürme eğrisinden belirlenir. Bağımsız ölçümlerden kek gözenekliliği biliniyorsa Carmon-Kozney denkleminden de saptanabilir.

Ortam koşullarında kireçtaşı tozunun (dp = 2.53MMAD) özgül direnci (Kc = kc ⋅ μ) μ = 10 – 90 mm / s ve c = 2.83 – 3.40 g / m3’de 3.65e5-8.44e5 olarak rapor edilmiştir .

Kc üssel olarak u ile Kc α u0.38 olarak ilişkilidir. Çevre koşullarında kireç taşı tozunun Kc (X50, 3 = 5 μm), μ = 42 – 83 mm / s ve c = 1 – 10 g / m3’de 0.69e5-1.45e5’dir. Diğerleri ortam koşullarında 0,88,88,8 mm / s’de sırasıyla 0.9-0.98 (ΔPmax = 1000Pa) ve 1.05-1.2 (ΔPmax = 2000Pa) olarak kireçtaşı tozunun Kc’sini (X50, 3 = 3.5 μm) belirledi.

Direnç parametrelerinin değişkenliği, filtre ortamının türleri ve yüzey muamelesi, tozların tipleri ve özellikleri, çalışma koşulları, gaz özellikleri ve ekipman tasarımı nedeniyle şaşırtıcı değildir. Basınç düşümü eğrilerini gerçekten çoğaltabilen benzetimler geliştirebilmek için, bu parametrelerin gerçekçi tahminlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada, ortam koşullarında hava ve kireç taşı tozu kullanılarak direnç parametrelerini tahmin etmek için pilot ölçekli bir test tesisinde çeşitli çalışma koşullarında üç tip iğne keçeli filtre torbaları ile deneyler gerçekleştirilir.

Deneysel

Deneysel kurulum, aynı anda önemli verileri elde etmek için gerekli enstrümantasyonla donatılmış büyük ölçekli torba filtresine çok yakın bir şekilde üç sıra torba  (her bir sıra için en fazla iki torba) içeriyor. Çalışma koşulları ticari torba filtresi aralığında seçilir. Torbanın temizlenmesi sırası, temizleme şekli, temizlenecek alan fraksiyonu ve diğer parametreler deneycinin tercihi olmaya devam etmektedir.

Test Jet Pulse Filtresi

Test tesisinin şematik bir diyagramı Şekil 2’de gösterilmektedir. 1. İki vida tekli bileşen besleyici (1), tozun dağılma ağzına (3) titreşimli bir oluğa (2) vasıtasıyla kontrollü bir sabit kütle (gravimetrik kontrol, sabit durumda% 1 değişim) gönderir. Sıkıştırılmış, filtrelenmiş ve kurutulmuş hava, 6 bar’a kadar kontrol edilebilir basınçta dispersiyon ağzında tanjant olarak toz ile karşılaşır.

Toz yüklü gaz akışını sağlamak için ortam havası emilir ve dağınık toz ile karıştırılır. Ham gaz, 100 mm çaplı bir borudan, tabanın yakınındaki torba filtresine (4) akar. Ham gaz borusu, filtreye girmeden önce gaz hızını düşürmek için filtrenin yakınında genişletilir. Ayrılan toz, gövdenin altındaki bir toz toplayıcısına yerleşir. Toz toplayıcı bir yükleme hücresi üzerinde desteklenen bir plakaya dayanır. Hem yükleme hücresi hem de toz toplayıcı (5) muhafaza (4) içine alınmıştır. Düzen, toplayıcıya ulaşan tozların geçici ölçümünü sağlar. Yük hücresi 0 ila 4000 ± 2 g arasında kalibre edilir. Ölçüm hassasiyeti kaybı ile menzil genişletilebilir. Gaz, filtre torbaları (6) üzerinden temiz gaz başlığına ve daha sonra boşaltma fanına (8) yayılır.

Diferansiyel basınç regülatörü (3 ms zaman sabiti) filtredeki basınç düşüşünü izler. Kek dekolmanı ters pulse-jet kullanılarak hat üzerinden gerçekleştirilir. Basınçlı hava atımı (9), temiz gaz tarafındaki ikincil gaza dokunan gaz besleme borusundaki (27 mm çapındaki) 8 mm çaplı bir delikten torbaya girer. Her basamağa üst basınç düşüş sınırında bir darbe verilir. İlk jet atımı hangi torba sırasına verilirse temizlenen son sıraya bağlıdır, ancak, elle temizleme yapılmadığı sürece dairesel sıralama her zaman takip edilmektedir. Üç jet darbesi kontrol mekanizması için hükümler uygulanır. Temizleme havasının hazne basıncı 4 bar’a kadar ayarlanabilir, temizleme darbesinin süresi 10 ila 100 ms arasında ayarlanabilir ve temizleme darbeleri arasındaki süre 2 ila 450 s arasında ayarlanabilir.

Gaz akışı bir delik plakası kullanılarak ölçülür. Menfez plakasındaki basınç düşüşü, mutlak akış yukarı basınç ve sıcaklık, 1 sn çözünürlükte kaydedilir. Gaz akışı, kullanılan fana bağlı olarak DIN EN-ISO5167-1: 1995 (büyük fan) ve ISO 5167: 2003 (küçük fan) uyarınca Labview® yazılımı ile hesaplanır ve kaydedilir. Ölçülen gaz akışı Pitot tüp ölçümleri kullanılarak kalibre edilir. Gaz akışını düzenlemek için bir frekans dönüştürücü sağlanmalıdır.

Basınç düşüşü (ΔP), gaz sıcaklığı (T), mutlak basınç (Pa), basınçlı hava deposundaki basınç (Pjet) ve sıcaklık (Tjet), toz ilerleme hızı (mī) ve toplanan toz (m) kaydedilir 1 s aralıklarla tarih ve saat ile birlikte. Bağıl nem (H), itme süresi (τImpulse), ardışık atımlar arasındaki süre (τint) ve dağılım havası basıncı (Pdis) manuel olarak kaydedilir. Ayrıca, besleyici haznesinde bulunan toz kütlesi, deneyin başlangıcında ve sonunda ve toz toplayıcısı okumasıyla birlikte kaydedilir. Temiz gaz tarafında toz konsantrasyonu ölçümleri, gravimetrik yöntemler kullanılarak 2-4 mg / m3 aralığındaki konsantrasyonları ortaya çıkardı. Genel malzeme dengesi% 1’in altında kapandı.

Filtrede çökelmiş olan toz fraksiyonu ve filtreleme ile ilgili toz konsantrasyonu hesaplanabilir; çünkü geçici toz girişi ve filtrede toplanan toz bilinmektedir. Ayrıca, kek yüksekliklerini in-situ ve aralıklı olarak ölçmek için bir optik sistem kullanılmaktadır (9,10).

Filtre ortamı

Üç tip iğne filtre torbası keçesi test edildi (Tablo 1). TAN5448 iki polimerden oluşur; Poliimid (PI) ve polifenilsülfid (PPS) ve TAN5446, tek bir polimer poliimidden (PI) yapılır. Bu iki iğne keçeli filtre torba toz tarafında ısı ile işlenmiş ve TeknoFilter tedarikçisi, tarafından sağlanmaktadır. Üçüncüsü, GORETEX tarafından sağlanan PTFE lamine polyester iğne keçeli filtre torbasıdır.

Tablo 1

Test edilen iğne keçeli filtre torbalarının mekanik özellikleri

2.1.2. Toz

Ağırlık medyan çapı (d50, 3) 5 μm ve yığın yoğunluğu (ρb) 1200 kg / m3 olan ticari dereceli çökelen olmayan kalker (CaCO3, ρs = 2700 kg / m3) toz olarak kullanılır.

3. Sonuçlar ve tartışma

Filtre yüzeyinin mikroskopik görüntüleri Şekil 2’de gösterilmektedir. Deneysel koşullar aşağıdaki Tablo da  listelenmiştir.

3.1. Kek alanının etkisi

Ortalama kek alanı yüküne karşı geçici basınç düşüşü Şekil 3’te gösterilmektedir. Şekil 4a’da, üç iğne keçesi için beş filtreleme hızında. GORETEX torbaları zar ile temiz tarafa yerleştirilir. TAN5448 torbaları, 27.3 mm / s hariç iyice rejenere edilmiştir. Aynı kek alanı yükünde yüksek filtreleme hızında basınç düşüşünün daha yüksek olduğu açıktır. 20.48 mm / s ve 27.3 mm / s’ye tekabül eden basınç düşüş eğrileri ani sıçramaları göstermektedir. Bu atlamalar muhtemelen geri döndürülemez kek sıkıştırmasından kaynaklanmaktadır. 20.48 mm / s’de bu atlamalar sırasıyla 1300 Pa, 1700 Pa ve 2100 Pa’da gözlemlenir. 27.3 mm / s’de atlamalar 1600 Pa ve 2000 Pa’da gözlemlenir. Daha yüksek hızlarda eğrilerde böyle atlamalar görülmez. Belki düşük filtreleme hızında oluşan kek düşük mekanik stabiliteye sahiptir.

Basınç düşüşünün filtre kek kalınlığı ile birlikte arttığı açıktır. Kek boyunca bu basınç farkı, kek üzerinde sıkıştırıcı bir stres kaynağıdır. Filtrasyon sırasında, toz kekikinin mekanik mukavemetinin artan basınç düşüşünün uyguladığı basınç stresine dayanamayacağı bir noktaya ulaşılır. Muhtemelen bu noktada bir mekanik arıza meydana gelir ve kek sıkıştırma gerçekleşir. Yüksek hızda oluşan kek kompakttır ve daha yüksek mekanik stabiliteye sahiptir. Bu nedenle, kek basınç düşüşüne dayanabilir ve eğrilerde hiç atlama kaydedilmez. Veriler, sadece 20.48 mm / s’de üç’e kıyasla, 27.3 mm / s’de sadece iki atlamanın görüldüğünü ortaya koyuyor. Ayrıca, ilk atlama sırasıyla 20.48 mm / sn ve 27.3 mm / sn’de 1300 Pa ve 1650 Pa’da görülür.

3.2. Filtrasyon hızının etkisi

Kalıntı basınç düşüşü, aynı kek alanı yükünde ancak farklı filtreleme hızındaki geçici basınç düşüşünden çıkarılır ve fark, şekil 3’deki üç filtre ortamı için sabit kek alanı yükünde (w) filtrasyon hızı (u) karşısında çizilir. 7. Basınç düşümü, her üç iğne keçeli filtre malzemesi türü için de sabit w’de doğrusal olmayan bir şekilde artmaktadır. Veriler, en düşük kareler yöntemi kullanılarak 2. derece polinom ile donatılmıştır. Uyum parametreleri Tablo 3, 4 ve 5’te verilmektedir.

3.3. ΔPmax’ın etkisi

İki filtreleme hızında ΔPmax’ın direnç parametreleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Sonuçlar Şekil 2’de sunulmuştur. TAN5448 iğne keçeli filtre torbaları için 10. 55 mm / s’de filtre ortamı direncinin yalnızca bir değeri dahil edilmiştir. 27 mm / s’de dört veri noktası görüntülenir. Filtre ortamının artık direnci neredeyse sabittir. Bu, torbaların uygun bir şekilde temizlenmesi koşuluyla, filtre torbalarının artık direncinin basınç düşüşünün üst sınırından bağımsız olduğunu gösterir. Filtre kekinin özgül direnci, basınç düşüşü sınırının artmasıyla azalmaktadır. Ancak, sınırlayıcı bir değere yaklaşıyor görünüyor. Düşük filtreleme hızındaki ΔPmax’ın yüksek filtreleme hızı ile karşılaştırıldığında etkisi daha azdır. Spesifik direnç, 1200 Pa’dan 2400 Pa’ye, 55 mm / s’de iki büyüklükte azalır. Sadece 800 Pa’dan 2400 Pa’ya (27 mm / s)% 25 düşer.

Yaşlanma üzerindeki yüksek ΔPmax’taki spesifik direncin azalması ya gaz akışının ya filtre aracının iç kısmında biriken tozdan veya daha yüksek üst sınırda kalın kek katmanından kaynaklanan daha iyi / eşit dağılımıyla açıklanabilir. Eşit bir yerel hız, nispeten gözenekli bir kek oluşmasına ve dolayısıyla gaz akışına karşı düşük özgül dirençle sonuçlanır. Filtre kekinin özgül direnci, daha düşük hızla karşılaştırıldığında daha yüksek hızdaki üst basınç düşüşü limitine karşı keskin bir şekilde azalır. Yüksek hızda dağınık olmayan dağılımlar daha düşük üst basınç düşüş limitinde düşük kek alanı yükünde daha güçlüdür. Yüksek sınırda, daha yüksek bir kek alanı yükü ve nispeten daha az dik basınç düşmesi, daha düşük spesifik dirence neden olur. 2400 Pa’nın ötesinde bu etki önemsiz görünüyor. Düşük hızda, 1200 Pa’dan sonra üst basınç düşüş sınırının etkisi önemsizdir.

Belki de yine burada, 55 mm / s’de ilk ölçümde yüksek değer, daha küçük bir kek yüzeyi yüküne ve daha yüksek hata yüzdesine neden olan daha kısa bir döneme bağlı olmasıdır. Çevrim süresi arttıkça ortalama hata azalır ve nispeten sabit Kc değerleri hesaplanır.

 

4. Sonuçlar

Hava ve kireç taşı tozu kullanılarak üç tip torba ile yapılan deneyler, torbaların ve filtre kekinin düzgün yüklü koşullar altında direnç parametrelerini tahmin etmek için pilot ölçekli bir test tesisinde çeşitli çalışma koşullarında gerçekleştirilir.

Basınç düşüşü, sabit filtre kek alanı yükünde daha yüksek hızla daha yüksektir. Sabit filtreleme hızında kek alanı yükü ile doğrusal olmayan şekilde artar. Artan basınç düşüşü, üst basınç düşüş limitinden ve hızından bağımsız olarak neredeyse sabittir. iğne keçeli filtre  ortamının özgül direnci hızdan bağımsızdır.

Kireç taşı tozunun kek alanı yüküne karşı sabit kek direnci, ikinci derece polinomlara uymaktadır ve hız ile orantılıdır ve artan üst basınç düşüş limitiyle birlikte azalır. Özgül direnç, 1200 Pa’dan 2400 Pa’ya, 55 mm / s’de iki büyüklükte azalır. Sadece 800 Pa’dan 2400 Pa’ya (27 mm / s)% 25 düşer. Düşük hızda, 1200 Pa’dan sonra üst basınç düşüş sınırının etkisi önemsizdir.