فیلتر کیسه ای  (bag filter) 

 

 فیلتر کیسه‌ای یک محفظه شامل تعدادی کیسه آویخته و متصل به نگهدارنده‌هایی موسوم به "قفسه" (Cage) است. با عبور گاز حاوی غبار از دریچه ورودی و حرکت به سمت خروجی فیلتر، غبار موجود روی سطح خارجی کیسه‌ها می‌نشیند. سپس در مقاطع زمانی معین با اعمال پالس هوا، غبار از کیسه‌ها تکانده شده و به هاپر زیرین فیلتر می‌ریزد. به این ترتیب غبار از گاز جدا می‌شود. یکی دیگر از تجهیزاتی که به صورت گسترده برای غبارزدایی هوا در صنایع سیمان استفاده می‌شود، بگ فیلترها هستند. این نوع از فیلترها دارای بازدهی غبارگیری بالا هستند که با توجه به نوع غبار تا ۹۹.۹ درصد بازدهی دارند. عاملی که کاربرد آن‌ها را محدود می‌کند، دمای گاز ورودی به آن‌ها است. با پیشرفت‌های جدید در تهیه الیاف کیسه‌ای، دامنه استفاده از آن‌ها وسیع‌تر شده است.

 

عوامل اساسی در بگ فیلترها

 

1. جنس کیسه‌های مورد استفاده
2. منطقه غبار زدایی
3. ساختار و شکل کیسه‌ها
4. نوع سیستم غبار تکانی از کیسه‌ها

 

فیلترهای جت پالس

 

این فیلترها عمدتاً شامل شش بخش اصلی هستند:

1. داکت ورودی و محفظه ورودی گاز حامل غبار
2. کیسه‌های الیافی فیلتر
3. صفحه مشبک
4. شیرهای پالس
5. لوله‌های دمنده به کیسه‌ها
6. محفظه و داکت خروجی گازهای تصفیه شده

 

شرح فرایند عملکرد بگ فیلترها

 

گاز حامل غبار وارد فیلتر شده و توسط بافل به طرف قیف‌های خروج مواد برگردانده می‌شود. گاز غبارآلود به یکی از خانه‌های فیلتر وارد شده و ذرات غبار بزرگ‌تر به سمت هاپر حرکت کرده و مابقی روی کیسه‌های فیلتر جمع می‌شوند. زمانی که ضخامت غبار جمع شده روی کیسه‌ها به حدی برسد که جریان به سختی عبور کند، مرحله تمیز کردن کیسه‌ها آغاز می‌شود.

 

وظایف بخش ورودی

 

وظیفه بخش ورودی کاهش سرعت گاز است و به ذرات درشت اجازه سقوط آزاد به هاپره‌های زیر فیلتر را می‌دهد و باعث توزیع یکنواخت گاز حامل ذرات ریز غبار بین کیسه‌ها می‌شود. توزیع گاز باعث می‌شود که جریان گاز روی کیسه‌ها سایش بیش از حد ایجاد نکند.

 

فرآیند تمیز کردن کیسه‌ها

 

هوای پالس از طریق شیرهای پالس و نازل‌ها توسط تابلوی برنامه‌ریزی شده الکتریکی به طور دوره‌ای به داخل کیسه‌ها دمیده می‌شود و باعث جدا شدن مواد از سطح خارجی کیسه‌ها می‌شود. مواد جدا شده وارد هاپر شده و از آنجا توسط سیستم‌های انتقال به بیرون فیلتر هدایت می‌شود.

 

مزایا و معایب فیلترهای جت پالس

 

مزایا

1. بازدهی کاربری بالا
2. هزینه‌های کاربری پایین
3. مقاومت در برابر گازهای قابل اشتعال و ذرات غبار قابل انفجار
4. کاربری آسان
5. دوام و ماندگاری زیاد کیسه‌ها

معایب

1. مقاومت بالا در برابر جریان گاز
2. بازدهی کم در مقابل گازهای مرطوب
3. محدودیت درجه حرارت گازهای ورودی به دلیل جنس کیسه‌ها

انتخاب درست فیلتر

کاربری مناسب و بازدهی بالای بگ فیلترها به انتخاب درست فیلتر و رعایت اصول صحیح نصب، تجهیز و استفاده از آن بستگی دارد. عملکرد ضعیف این گونه فیلترها ناشی از عوامل زیر است:

1. نصب نادرست تجهیز
2. انتخاب نادرست فیلتر
3. استفاده از کیسه‌هایی با جنس نامناسب
4. رطوبت بالای گاز ورودی

 

جنس کیسه‌ها

پارچه مورد استفاده برای غبارگیری گازهای خروجی از کوره مواد خام خطوط تولید سیمان معمولاً از جنس فایبر گلاس با پوشش ممبران و از جنس PTFE است که تحمل دمای تا ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد را دارد. وجود ممبران مانع ورود ذرات ریز غبار به داخل پارچه و مانع افزایش افت فشار دو سر کیسه‌ها در طی زمان بهره‌برداری می‌شود.

افت فشار

افت فشار یکی از پارامترهای بسیار مهم در طراحی فیلترهای پارچه‌ای است که معرف مقاومت پارچه فیلتر در برابر عبور جریان گاز است. این پارامتر با واحدهای میلی بار، میلی جیوه یا میلی متر آب سنجیده می‌شود.

سرعت غبارگیری و نسبت هوا به پارچه

دو واژه سرعت غبارگیری و نسبت هوا به پارچه قابل استفاده به جای یکدیگرند. نسبت هوا به پارچه، با نسبت هوای وارد شده به فیلتر به سطح فیلتراسیون تعریف می‌شود. بالاتر بودن این نسبت، به معنای حجم بالاتری از هوا یا گاز است که از سطح پارچه فیلتر عبور می‌کند.

مقایسه بین فیلتر کیسه‌ای و الکتروفیلتر

الکتروفیلتر یکی از بهترین وسایل برای تصفیه هوا، حذف آلاینده‌ها، گرد و غبار و دوده است. این روش کارایی بالایی در حذف ترکیبات سمی مونواکسید کربن، اکسیدهای نیتروژن، فرم آلدئید و ترکیبات سمی گازی دارد. با این حال، فیلترهای کیسه‌ای نیز با داشتن مزایای متعدد و بازدهی بالا، جایگزین مناسبی برای الکتروفیلترها در بسیاری از صنایع شده‌اند.

مهم‌ترین مزایای استفاده از فیلترهای جت پالس عبارتند از:

• بازدهی کاربری بالا
• هزینه‌های کاربری پایین
• مقاومت در برابر گازهای قابل اشتعال، ذرات غبار قابل انفجار و ...
• کاربری آسان
• دوام و ماندگاری زیاد کیسه‌ها

فیلترهای جت پالس دارای معایبی به شرح زیر می‌باشند:

• مقاومت بالا در برابر جریان گاز
• بازدهی کم در مقابل گازهای مرطوب
• محدودیت درجه حرارت گازهای ورودی به دلیل جنس کیسه‌ها

کاربری مناسب و بازدهی بالای بگ فیلترها به انتخاب درست فیلتر و رعایت اصول صحیح نصب، تجهیز و استفاده از آن بستگی دارد. عملکرد ضعیف این گونه فیلترها ناشی از عوامل زیر می‌باشند:

• نصب نادرست تجهیز (پیکر بندی غلط سیستم مکش، اشکال در سیستم غبار تکانی از کیسه‌ها، نصب نادرست کیسه‌ها)
• انتخاب نادرست فیلتر (پایین بودن ظرفیت فیلتر نسبت به ناحیه غبارگیری)
• استفاده از کیسه‌هایی با جنس نامناسب
• رطوبت بالای گاز ورودی

نوع کیسه مورد استفاده بر اساس مشخصه‌های فرایندی گاز، دما، رطوبت، نوع گاز و میزان سایندگی ذرات غبار انتخاب می‌شود. پارچه مورد استفاده برای غبارگیری گازهای خروجی از کوره مواد خام خطوط تولید سیمان معمولا از جنس فایبر گلاس با پوشش membrane و از جنس PTFE می‌باشد که تحمل دمای تا ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد را دارد. وجود membrane مانع ورود ذرات ریز غبار به داخل پارچه و مانع افزایش افت فشار دو سر کیسه‌ها در طی زمان بهره‌برداری می‌شود. ولی در هر صورت، افت فشار دو سر فیلترهای کیسه‌ای بین ۱۲ الی ۱۵ میلی‌بار می‌باشد که این مورد یکی از نقاط ضعف فیلترهای کیسه‌ای محسوب می‌شود. نقطه ضعف دیگر فیلتر کیسه‌ای، محدودیت تحمل دمای پارچه ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد می‌باشد. در صورت بالا رفتن دما از مقدار فوق، پارچه غیر قابل استفاده خواهد شد. در فیلترهای کیسه‌ای نیز برای کاهش دما عموما از برج خنک‌کن استفاده می‌شود. کاهش دما به ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد برای قابل تحمل شدن برای پارچه کفایت می‌کند. لیکن چون کاهش دما باعث کاهش دبی حجمی گاز و در نتیجه کاهش سطح پارچه مورد نیاز می‌شود، به این دلیل در فیلترهای کیسه‌ای نیز دما در محدوده ۱۵۰ تا ۲۰۰ سانتی‌گراد تنظیم می‌شود. مهم‌ترین مزیت فیلتر کیسه‌ای این است که راندمان غبارگیری و میزان غبار خروجی آن با تغییر دما، رطوبت و حجم گاز تغییر محسوسی ندارد. کیسه‌ها از جنس‌های مختلفی ساخته می‌شوند و در زمان انتخاب کیسه باید موارد زیر را مد نظر قرار داد:

• دمای گاز
• میزان رطوبت غبار
• ماهیت الکتریکی ذرات غبار
• میزان خورندگی ذرات غبار
• مقاومت اسیدی و قلیایی پارچه
• توانایی پارچه برای رهایی از لایه غبار
• توانایی پارچه در گذردهی هوا
• سایز ذرات غبار
• قیمت کیسه

در طراحی غبارگیرهای پارچه‌ای علاوه بر شرایط گاز ورودی، موارد زیر نیز مد نظر قرار می‌گیرند:

• افت فشار
• سرعت عمودی گاز بین کیسه‌ها
• نسبت هوا به سطح پارچه

افت فشار افت فشار یکی از پارامترهای بسیار مهم در طراحی فیلترهای پارچه‌ای است. این پارامتر معرف مقاومت پارچه فیلتر در برابر عبور جریان گاز می‌باشد. افت فشار با واحدهای میلی‌بار، میلی‌جیوه یا میلی‌متر آب سنجیده می‌شود. برای اندازه‌گیری افت فشار در فیلترهای پارچه‌ای، از اندازه‌گیری فشار کلی در دو نقطه که معمولا ورودی و خروجی فیلتر می‌باشد بهره می‌جویند.

سرعت غبارگیری و نسبت هوا به پارچه دو واژه سرعت غبارگیری و نسبت هوا به پارچه قابل استفاده به جای یکدیگرند. نسبت هوا به پارچه، با نسبت هوای وارد شده به فیلتر با واحد مترمکعب بر دقیقه، به سطح فیلتراسیون با واحد مترمربع تعریف می‌شود. واحدهایی که با A/C با آن سنجیده می‌شوند عبارت‌اند از: m/min, cm/s بالاتر بودن این نسبت، به معنای حجم بالاتری از هوا یا گاز است که از سطح پارچه فیلتر عبور می‌کند.

سرعت عمودی گاز بین کیسه‌ها سرعت عمودی گاز بین کیسه‌های فیلتر در یک فیلتر کیسه‌ای Can velocity گفته می‌شود. واحد اندازه‌گیری این سرعت m/min بوده و از دیگر واحدهای شایع می‌توان به ft/min و cm/sec اشاره نمود. در فیلترهایی که از روش آنلاین استفاده می‌نمایند، ذرات غبار جدا شده از سطح کیسه‌ها در طول عملیات تمیزکاری باید تحت تاثیر نیروی وزن خود در محیط فیلتر به سمت پایین حرکت کنند. چنانچه سرعت رو به بالای گاز ورودی از سرعت رو به پایین سقوط این ذرات تجاوز نکند، ذرات مجددا به سطح غبار بازگشته و عملکرد فیلتر را تحت شعاع قرار می‌دهد.

 

مقایسه بین فیلتر کیسه‌ای و الکتروفیلتر

مقایسه تقریبی هزینه الکتروفیلترها و فیلترهای کیسه‌ای به عنوان پر مصرف‌ترین فیلترهای مورد استفاده صنایع می‌باشد. مثلا هرگاه هزینه یک فیلتر کیسه‌ای ۱۰۰ واحد فرض شود، یک دستگاه الکتروفیلتر با همان ظرفیت ۴۰۰ واحد در نظر گرفته شده است. الکتروفیلتر یکی از بهترین وسایل برای تصفیه هوا، حذف آلاینده‌ها، گرد و غبار و دوده است. این روش کارایی بالایی در حذف ترکیبات سمی مانند مونواکسید کربن، اکسیدهای نیتروژن، فرم‌آلدئید و ترکیبات سمی گازی دارد.

مقایسه الکتروفیلترها با فیلترهای کیسه‌ای بر اساس چندین پارامتر انجام می‌شود که به شرح زیر می‌باشد:

۱. کارایی فیلتراسیون: الکتروفیلترها در حذف ذرات بسیار ریز (زیر ۲.۵ میکرون) نسبت به فیلترهای کیسه‌ای کارایی بالاتری دارند. این امر به دلیل عملکرد الکترواستاتیکی الکتروفیلترهاست که ذرات معلق را به صورت الکتریکی جذب می‌کنند. از سوی دیگر، فیلترهای کیسه‌ای در جداسازی ذرات بزرگ‌تر (بیش از ۲.۵ میکرون) موثرتر هستند.

۲. هزینه‌های نصب و نگهداری: هزینه نصب و راه‌اندازی الکتروفیلترها به دلیل پیچیدگی بیشتر و نیاز به تجهیزات الکتریکی خاص بالاتر از فیلترهای کیسه‌ای است. همچنین، هزینه‌های نگهداری الکتروفیلترها بیشتر است، زیرا این تجهیزات نیاز به تعمیرات منظم و نظارت دقیق دارند. در مقابل، فیلترهای کیسه‌ای به دلیل ساختار ساده‌تر و عدم نیاز به تجهیزات الکتریکی پیچیده، هزینه‌های نگهداری کمتری دارند.

۳. حساسیت به شرایط محیطی: الکتروفیلترها نسبت به رطوبت و دما حساس‌تر هستند. در صورتی که رطوبت گازهای ورودی بالا باشد، کارایی الکتروفیلتر کاهش می‌یابد. فیلترهای کیسه‌ای در مقابل تغییرات دما و رطوبت مقاوم‌تر هستند و کارایی آنها تحت تاثیر این عوامل کمتر قرار می‌گیرد.

۴. نیاز به فضا: الکتروفیلترها به دلیل ابعاد بزرگتر و تجهیزات جانبی مورد نیاز، فضای بیشتری را اشغال می‌کنند. فیلترهای کیسه‌ای به دلیل ساختار فشرده‌تر و نیاز به فضای کمتر، برای محیط‌های محدود مناسب‌تر هستند.

۵. مصرف انرژی: مصرف انرژی در الکتروفیلترها به دلیل نیاز به تامین جریان الکتریکی بالا برای ایجاد میدان الکتریکی و جذب ذرات بیشتر از فیلترهای کیسه‌ای است. این مصرف انرژی بالاتر می‌تواند در بلندمدت هزینه‌های عملیاتی را افزایش دهد.

۶. سازگاری با انواع مختلف غبار: الکتروفیلترها برای غبارهایی با ترکیبات شیمیایی خاص یا ذراتی که به راحتی قابل یونیزه شدن هستند، بسیار مناسب‌اند. اما برای غبارهایی که یونیزاسیون آنها دشوار است، کارایی کمتری دارند. فیلترهای کیسه‌ای تقریبا با انواع مختلف غبار سازگار هستند و از این نظر تنوع بیشتری دارند.

نتیجه‌گیری: انتخاب بین الکتروفیلتر و فیلتر کیسه‌ای بستگی به شرایط خاص هر کاربرد دارد. در مواردی که ذرات بسیار ریز باید حذف شوند و هزینه نصب و نگهداری کمتر مد نظر نیست، الکتروفیلترها انتخاب بهتری هستند. اما در صنایعی که هزینه‌ها و فضای محدود مهم است و نوع ذرات غبار متنوع است، فیلترهای کیسه‌ای می‌توانند گزینه مناسب‌تری باشند.

در نهایت، تصمیم‌گیری در مورد نوع فیلتر به نیازهای خاص فرآیند، مشخصات فنی مورد نیاز و شرایط اقتصادی بستگی دارد.