Забір пилогазової суміші за допомогою гофрованих фільтрувальних елементів, відомих як картриджі, стало повсюдним рішенням для промислових аспіраційних систем в останні десятиліття. Картриджні пиловловлювачі можна розділити на дві категорії в залежності від призначення картриджа та типу повітряного потоку в корпусі:

1. Корпус з низхідним потоком повітря з картриджними фільтрами, розташованими горизонтально. Вхід для брудного повітря розташований над усіма фільтрувальними елементами.
2. Корпус з перехресним або висхідним потоком повітря з картриджними фільтрами, що підвішені вертикально. Вхід для брудного повітря розташований нижче або збоку фільтрувальних елементів.

На ринку промислової аспірації є твердження, що конструкція з вертикально розташованими картриджами має переваги. Тим не менш, є факти, що підтверджують переваги конструкції обладнання з низхідним потоком, включаючи Посібник з промислової аспірації «Американської конференції державних промислових гігієністів» (ACGIH®), в якому йдеться про те, що найкращі результати видає саме корпус із низхідним потоком забрудненого повітря. Він зменшує повторне осадження, оскільки гравітаційна сила сприяє переміщенню частинок пилу до бункеру.

У 1970-х роках фільтри з картриджними фільтрувальними елементами були спочатку розроблені як копія рукавних фільтрувальних установок, які за конструктивом мали вертикальне розташування тканинних фільтрувальних рукавів. Забруднене повітря надходило в бункер розташований під фільтрувальним елементом (див. зображення A). Складчастий (сплісований) матеріал картриджного фільтрувального елемента забезпечує чудову ефективність при фільтрації та значно зменшує викиди (порівняно зі стандартним рукавним елементом). Тим не менш, у пиловловлювача нового типу все ще були ті ж обмеження, що і у його попередника, в тому числі:

• Пил, який виходив після очищення картриджних фільтрів. Потрібно було боротися з повітрям, що надходить, перед його осіданням у бункері. Це призводило до повторного налипання пилу на поверхню фільтрувального матеріалу з більш високим падінням робочого тиску та скороченням терміну служби фільтру.
• Процес заміни фільтрувальних елементів залишався такою ж трудомісткою, брудною і, як правило, неприємною справою, адже для обслуговування фільтрів, як і раніше, потрібно було, щоб обслуговуючий персонал відкривав великі дверцята доступу до відсіку, де проходило забруднене повітря.

A) Вертикальні картриджі зі висхідним потоком повітря	B) Вертикальні картриджі з перехресним потоком повітря	C) Оригінальний картридж з низхідним потоком повітря знизу	D) Удосконалений картридж з низхідним потоком повітря з вхідними та вихідними зонами

Протягом багатьох років в конструкцію з вертикально розташованими фільтрувальними елементами вносили вдосконалення, включаючи бічні обслуговуючі дверцята (що дозволило персоналу, що обслуговує обладнання, потрапляти в установку прямо до фільтруючих елементів, а не під них). Це призвело до деякого зниження повторного потрапляння пилу до навколишнього середовища. Однак на очищені частинки пилу, як і раніше, впливало повітря, що надходить, і процес по заміні картриджів, як і раніше, наражав обслуговуючий персонал і навколишнє середовище на небезпеку викиду забрудненого повітря з фільтрувальної установки через великий отвір в камері (Див. зображення B).

Нарешті, у 1980-х роках було здійснено прорив. Фільтруювальний картридж поставили з вертикального у горизонтальне положення, а впуск забрудненого повітря розмістили над усіма фільтрувальними елементами. Ця зміна призвела до того, що схема потоку вхідного повітря вирівнялася з бажаним кінцевим місцем розташування пилу, зібраного фільтрувальними картриджами. Оскільки гравітація природним чином направляє викинуті частинки пилу вниз в бункер, розташований в нижній частині установки, схема руху вхідного повітря в установці тепер може сприяти переміщенню частинок пилу з бункера в ємність для зберігання, а не протидіяти йому (див. зображення C).

Систему можна було ще більше посилити і поліпшити, використовуючи фільтрувальні картриджі, матеріал яких був виготовлений з нановолокон. Зниження повторного попадання пилу в навколишнє середовище, що могло зменшити падіння робочого тиску, продовження терміну служби фільтра та зниження споживання стисненого повітря, що використовується для фільтрувальних елементів з імпульсним очищенням, – все це сприяло зменшенню експлуатаційних витрат на фільтрувальні установки та підвищенню загальної цінності володіння таким обладнанням.

Поліпшені методи аналізу повітряного потоку дозволили вдосконалити конструкцію фільтрувальних установок низхідного потоку. Оптимізація відстані між картриджами, а також відстані між стінками бункера та картриджами дозволило збільшити пропускну спроможність повітряного фільтра за розміром корпусу установки. Приклад аналізу (показаний на рисунку 1) – результат порівняння складних схем управління повітряного потоку при вході знизу і збоку в установці. При потоці повітря внизу установки (малюнок зліва) можна спостерігати нижчі швидкості в камері для забрудненого повітря, що дозволяє частинкам пилу ефективніше випадати з повітряного потоку. На противагу цьому вертикально розміщені фільтрувальні елементи в установці (на малюнку праворуч) показують вищі швидкості, а також «завихрення» в секції бункера, які впливають на те, як очищені частинки пилу осідають у захисному резервуарі під бункером.

Рис. 1

Ще більше переваг можна отримати завдяки новим підходам до розміщення входу для пилегазової суміші, що надходить, для попередньої сепарації з низькими втратами. Останні удосконалення конструкції показали, що пропускна здатність повітряного потоку збільшується, коли вхід для брудного повітря розташований у напрямку низхідного потоку далеко від фільтрувальних елементів. Ця зона дозволяє важким частинкам випадати з повітряного потоку, не торкаючись фільтрувального матеріалу, а також забезпечує рівномірний розподіл повітряного потоку, усуваючи високошвидкісні гарячі точки, які можуть передчасно зношувати фільтрувальний матеріал (Див. зображення D).

Правильно спроектовані, експлуатовані та обслуговувані установки низхідного потоку мають системи зворотного імпульсного очищення, які обмежують накопичення пилу на поверхнях фільтрувальних елементів.

Нещодавно, компанією Donaldson, був представлений значний прорив у технології імпульсної очистки, який в даний час доступний тільки в конфігурації з низхідними картриджами. Завдяки конструкції, що контролює розширення стисненого повітря в імпульсній системі очищення та мінімізує втрати при подачі енергії, нова система очищення забезпечує на 27% більш високу імпульсну енергію очищення. Збільшена енергія очищення може покращити продуктивність фільтрації та знизити споживання енергії стисненим повітрям.

Коли конструкція, що контролює повітряний потік, надійна, а ефективне імпульсне очищення та фільтрувальний матеріал з нановолокон з поверхневим завантаженням об’єднані в одне ціле, низхідна фільтрувальна установка може видати вражаючі результати продуктивності у фільтрації повітря. Одним із способів оцінки пропускної здатності фільтрувальної установки є порівняння об’ємних швидкостей повітряного потоку з площею фільтрувального матеріалу. Це відношення повітря/матеріал (AMR) або швидкість фільтрації зазвичай використовується для визначення розміру обладнання для конкретних застосувань.

Крім продуктивності та ємності пиловловлювача, такі параметри як масштаб і конфігурація є двома додатковими перевагами корпусів з низхідним потоком. Горизонтальне розміщення фільтра низхідного потоку дозволяє розміщувати картриджі в матриці, яка може збільшуватися як за висотою, так і за шириною для більшої гнучкості та зменшення загальної площі цеху. Установки з вертикально розміщеними фільтрувальними елементами мають лише один шар фільтрів, тому збільшення площі фільтрувального матеріалу вимагає збільшення ширини та глибини, оскільки сама висота фільтрів фіксована. Це часто призводить до збільшення загальної площі для збільшення пропускної здатності.

Вибухозахист – це ще одна область, де фільтри з низхідним потоком відрізняються від установок з вертикально розміщеними елементами. Вибухозахисні мембрани можуть бути розташовані на даху або на бічній стороні низхідного бункера без будь-яких змін у обладнанні. Оскільки вибухозахист повинен бути розташований на бічних стінках установок з вертикально підвішеними фільтрувальними елементами, вони зазвичай вимагають збільшення площі, щоб направити вибуховий потік вгору. На багатьох видах обладнання воліють розміщувати вибухозахисні мембрани на верхній частині або на даху, тому що фронт дефлаграційного полум’я та матеріали, що викидаються під час дефлаграції, прямують вгору там, де знижено вплив на зайняті ділянки.

Нарешті, процес заміни фільтрувальних елементів в обладнанні низхідного потоку більш легкий та спрощений. Обладнання низхідного потоку зазвичай має кришки, що забезпечують доступ до кількох картриджів одночасно. Це може бути великою перевагою, якщо установка знаходиться на вулиці у потенційно вітряних місцях. Старі корпуси з вертикально підвішеними фільтрувальними елементами зазвичай мають великі дверцята для доступу, при відкритті яких виходить весь об’єм пилогазової суміші, що прямує на обслуговуючий персонал та навколишнє середовище. Процес горизонтального вилучення картриджів із корпусу низхідного потоку відбувається набагато простіше та чистіше. Обслуговуючому персоналу необхідно лише простягнути руку до картриджа та вилучити фільтрувальні елементи. Вертикально розташовані фільтрувальні елементи або вимагають спеціальних інструментів, за допомогою яких можна проникнути в глиб камери з брудним повітрям, або входити в корпус потрібно самому обслуговуючому персоналу (вхід в потенційно обмежений простір), щоб потрапити до картриджних фільтрів, розташованих у глибині корпусу. У той час як майже у всіх конструкціях горизонтальних пиловловлювачів передбачені майданчики для доступу до фільтрів, а також сходи, що забезпечують доступ до установки з низхідним потоком, щоб зменшити вплив на площу цеху.

Через 40 років від створення першого картриджного фільтра вони продовжують залишатися економічно привабливим рішенням для власників об’єктів у багатьох різних галузях промисловості. Корпуси з низхідним потоком забезпечують зменшене вловлювання пилу, мінімальне обслуговування, підвищену гнучкість конфігурації та чудові враження від зміни фільтрів. Картриджні фільтри низхідного потоку з усіма їхніми перевагами – це найкраще рішення для Замовника.