§ 1. Общие сведения о процессе фильтрования

В основе работы пористых фильтров всех видов лежит фильтрование запыленного газа через пористую перегородку, в процессе которого частицы пыли, взвешенные в газе, задерживаются перегородкой, а газ проходит сквозь нее. Пористые фильтры могут весьма полно и эффективно задерживать частицы пыли практически любых размеров.

В зависимости от вида, структуры и условий работы пористой перегородки, уловленные частицы пыли либо осаждаются на стенках поровых каналов, накапливаясь во всем объеме, занимаемом пористой перегородкой, либо образуют на лобовой поверхности перегородки пылевой слой, являющийся высокоэффективной фильтрующей средой. В обоих случаях скорость процесса фильтрования определяется перепадом давления на пористой перегородке, создаваемым вентилятором или другим побудителем тяги. По мере накопления уловленных частиц сопротивление движению газа непрерывно возрастает, в связи с чем при сохранении постоянного перепада давления на пористой перегородке скорость фильтрования непрерывно уменьшается. Наоборот, для поддержания постоянной скорости фильтрования необходимо непрерывно увеличивать перепад давления на пористой перегородке. В обоих случаях при достижении некоторого заданного сопротивления перегородку приходится подвергать регенерации, т. е. освобождать ее от уловленной пыли.

Применяемые пористые перегородки по своей структуре и свойствам весьма разнообразны. Они могут представлять собой зернистые слои, металлические сетки, керамику и металлокерамику, волокнистые материалы, бумагу, ткани.

Размеры поровых каналов в фильтрующей перегородке обычно во много раз превышают размеры улавливаемых частиц пыли, поэтому фильтрование нельзя рассматривать как процесс просеивания через какое-то сито. Улавливание частиц, проникающих вглубь, происходит за счет осаждения их на стенках каналов, образованных твердыми элементами пористой перегородки, где они удерживаются силами адгезии.

Процесс фильтрования можно условно разделить на две стадии. На первой (начальной) стадии (стационарное фильтрование) осажденные частицы накапливаются внутри пористой перегородки в незначительном количестве, что практически не меняет ее структуры. На второй стадии процесса (нестационарное фильтрование) вследствие большого количества осажденных частиц пористая перегородка претерпевает непрерывные структурные изменения. После образования и наращивания лобового пылевого слоя в процессе фильтрования существенную роль начинает играть ситовый эффект, так как образующиеся поры соизмеримы с размерами улавливаемых частиц. В соответствии с этим постоянно изменяются гидравлическое сопротивление и эффективность работы фильтра, что крайне осложняет течение процесса фильтрования и связанные с этим расчеты. В условиях эксплуатации большинства промышленных фильтров определяющее значение имеет именно нестационарное фильтрование.