Повышение эффективности механизма очистки газов от аэрозолей масла фильтрами из металлокерамических материалов

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью увеличения объемов проведения различных технологических процессов, связанных с эффективной очисткой газов в керамических фильтрах. Наиболее перспективной альтернативой рукавным фильтрам для очистки от пыли высокотемпературных газов являются фильтры с элементами из пористых проницаемых керамических материалов. Цель: разработать и предложить схему лабораторной установки для изучения данного процесса путем использования фильтров с порами больших размеров в диапазоне исследуемых параметров за счет получения эффекта генерации «вторичных» аэрозолей и наблюдения на границе коэффициента проскока с увеличением скорости фильтрования и размера частиц. Объекты. Исследованиям подвергались однослойные фильтрующие элементы - пористые цилиндры, двухслойные фильтрующие элементы, комбинированный фильтрующий элемент, который изготовляли нанесением на однослойный элемент из порошка с частицами размером 45 мкм слоя порошка с более крупными частицами (180 мкм). Комбинированный фильтрующий элемент состоял из двух элементов: наружного однослойного (размер частиц 180 мкм, внутренний диаметр 0,052 м, толщина стенки 0,004 м) и вставленного в него коаксиально двухслойного. Исследовали осаждение аэрозолей трансформаторного масла, получаемых распылением в специальном генераторе тумана. Дисперсный состав и концентрацию аэрозолей до и после фильтра определяли пятиступенчатым каскадным импактором. Методы. Лабораторные исследования проводились согласно предложенным методам по эффективной очистке газов в керамических фильтрах при температуре 600 °C и более. Однако дальнейшее развитие этих исследований сдерживалось отсутствием достаточно экономичных отечественных керамических пористых фильтровальных элементов. Наиболее перспективной альтернативой рукавным фильтрам для очистки от пыли высокотемпературных газов являются фильтры, фильтрующий элемент которых изготовлен из пористых проницаемых керамических материалов, представляющих собой особый вид керамики, выполненной специальными технологическими приемами с повышенной пористостью и с соответствующими размерами и формами пор. В процессе проведения испытаний фиксировали: гидравлическое сопротивление образца, температуру и расход воздуха, концентрацию и размеры капель до и после фильтра. Технология создания пористых проницаемых керамических материалов из порошков заключается в следующем: получение узко фракционированного порошка-наполнителя (электрокорунд, дистен-силлиманит), подбор технологической связки (глина) и временной связки (поливиниловый спирт), смешивание компонентов в определенном соотношении, прессование (удельное давление 30 МПа), сушка (при 150-150 °C) и обжиг (при 1200-1300 °C) образцов. Технология создания пористых проницаемых керамических материалов из волокон заключается в следующем: получение водной суспензии силикатных волокон определенной длины (1-5 мм), формование образцов методом шликерного литья, сушка и обжиг. На ряд пористых образцов из порошков нанесена мембрана с целью создания образцов с малым размером пор и оценки их свойств. Результаты исследования взаимосвязи гидравлического сопротивления Δр фильтрующих элементов со скоростью движения потока капельной смеси газа анализировали в критериальной форме в целях исключения влияния индивидуальных особенностей образцов и условий испытания. Установлен эффект генерации «вторичных» аэрозолей и подтвержден обработкой результатов. Эффективность фильтрования двухслойными и комбинированными фильтрами достигает 99,96 %. Полученные результаты исследования свидетельствуют о целесообразности использования в промышленных аппаратах керамических фильтровальных элементов.

The relevance of the research is caused by the need to increase in volumes the implementation of various technological processes associated with the effective purification of gases in ceramic filters. The most promising alternative to bag filters for removing dust from hightemperature gases are filters with elements made of porous permeable ceramic materials. Purpose: to develop and propose a scheme of a laboratory setup for studying this process by using filters with large pores in the range of parameters under study by obtaining the effect of generating «secondary» aerosols and observing the breakthrough coefficient at the boundary with an increase in the filtration rate and particle size. Objects. Single-layer filter elements were subjected to research - porous cylinders, two-layer filter elements, combined filter element. The latter was made by applying a layer of powder with larger particles (180 µm) to a single-layer element from a powder with particles of 45 μm in size. The combined filter element consisted of two elements: an outer single-layer element (particle size 180 μm, inner diameter 0,052 m, wall thickness 0,004 m) and a coaxial two-layer one inserted into it. The deposition of transformer oil aerosols obtained by spraying in a special fog generator was studied. The dispersed composition and concentration of aerosols before and after the filter were determined using a five-stage cascade impactor. Methods. Laboratory studies were carried out according to the proposed methods for the effective purification of gases in ceramic filters at a temperature of 600 °C and more. However, the further development of these studies was hampered by the lack of sufficiently economical domestic ceramic porous filter elements. The most promising alternative to bag filters for dust removal of high-temperature gases are filters, the filter element of which is made of porous permeable ceramic materials - special type of ceramics made by special technological methods with increased porosity and with appropriate sizes and shapes of pores. While testing, the following characteristics were recorded: the hydraulic resistance of the sample, the temperature and air flow, the concentration and size of the droplets before and after the filter. The technology for creating porous permeable ceramic materials from powders is as follows: obtaining a narrowly fractionated filler powder (electrocorundum, disthene-sillimanite), selecting a technological binder (clay) and a temporary binder (polyvinyl alcohol), mixing the components in a certain ratio, pressing (specific pressure 30 MPa), drying (at 150-150 °C) and firing (at 1200-1300 °C) samples. The technology for creating porous permeable ceramic materials from fibers is as follows: obtaining an aqueous suspension of silicate fibers of a certain length (1-5 mm), molding samples by slip casting, drying and firing. A membrane was applied to a number of porous powder samples in order to create samples with a small pore size and evaluate their properties. The results of the study of the relationship between the hydraulic resistance Δр of the filter elements and the flow rate of the droplet gas mixture were analyzed in the criterion form in order to exclude the influence of the individual characteristics of the samples and test conditions. The effect of generating «secondary» aerosols was established and confirmed by processing the results. The efficiency of filtration with two-layer and combined filters reaches 99,96 %. The obtained research results indicate the expediency of using ceramic filter elements in industrial devices.