電袋復(fù)合除塵器脈沖噴吹清灰機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究

修海明，鄭奎照，吳江華，盧錦奎

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

1 概述

隨著電袋復(fù)合除塵技術(shù)的發(fā)展，采用大口徑脈沖閥噴吹技術(shù)和長(zhǎng)濾袋噴吹技術(shù)，解決了機(jī)組大型化后的除塵設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊問(wèn)題和占地面積問(wèn)題，而進(jìn)行脈沖噴吹實(shí)驗(yàn)，便于對(duì)脈沖閥和濾袋的選型。另外，電袋復(fù)合除塵器的排放濃度、除塵效率、運(yùn)行阻力及濾袋壽命都是除塵器的重要性能指標(biāo)，濾袋區(qū)清灰效果的好壞直接影響指標(biāo)完成質(zhì)量，因此，通過(guò)研究噴吹過(guò)程中噴吹管上的壓力分布規(guī)律和濾袋內(nèi)壓力峰值的變化情況，分析脈沖噴吹的清灰效果，了解濾袋清灰力度，可進(jìn)一步提高濾袋區(qū)的清灰效率，降低排放濃度和運(yùn)行阻力，延長(zhǎng)濾袋的使用壽命。本文借助于實(shí)驗(yàn)臺(tái)，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，研究探討了脈沖噴吹清灰機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果既可用于計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬參考，也可對(duì)電袋復(fù)合除塵器清灰裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和應(yīng)用，以及大口徑脈沖閥和長(zhǎng)濾袋的應(yīng)用起到指導(dǎo)作用。

2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)介

實(shí)驗(yàn)臺(tái)是根據(jù)濾袋實(shí)際長(zhǎng)度設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)及安裝時(shí)考慮到濾袋長(zhǎng)度（8～10m）和單行噴吹濾袋數(shù)量（可達(dá)35個(gè)），將實(shí)驗(yàn)車間頂部雨棚掀掉做加高處理；噴吹管采用多組合可調(diào)節(jié)方式，可在14～35個(gè)濾袋之間任意選擇組合。實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意

3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果分析

在電袋復(fù)合除塵器中，3寸脈沖閥與8m濾袋在多個(gè)項(xiàng)目中成功應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)已非常成熟，現(xiàn)根據(jù)4寸脈沖閥和8m以上長(zhǎng)濾袋噴吹測(cè)試結(jié)果，對(duì)比3寸脈沖閥和8m濾袋測(cè)試數(shù)據(jù)，分析大口徑脈沖閥與長(zhǎng)濾袋是否符合工程實(shí)際應(yīng)用要求，為工程應(yīng)用提供依據(jù)。實(shí)驗(yàn)研究?jī)?nèi)容包括噴吹量與噴吹壓力關(guān)系、噴吹波形與噴吹壓力關(guān)系、噴吹氣流在噴吹管內(nèi)形成的壓力傳遞和壓力分布規(guī)律、噴吹口的流量分布、噴吹氣流在濾袋內(nèi)形成的壓力傳遞和壓力分布規(guī)律，以及大口徑脈沖閥與長(zhǎng)濾袋應(yīng)用分析。

3.1 噴吹量與噴吹壓力關(guān)系

在噴吹壓力為0.25M～0.5MPa、脈沖閥導(dǎo)通時(shí)間為150ms情況下，采用品牌A的3寸閥與4寸閥進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 各噴吹壓力下的脈沖閥噴吹量（約計(jì)）

根據(jù)表1的試驗(yàn)數(shù)據(jù)做噴吹量與噴吹壓力呈線性關(guān)系曲線圖（見(jiàn)圖2）。

圖2 噴吹量與噴吹壓力關(guān)系曲線圖

3.2 噴吹波形與噴吹壓力關(guān)系

在噴吹壓力為0.25M～0.50MPa，脈沖閥導(dǎo)通時(shí)間為150ms、單行噴吹19條8m濾袋的情況下，采用3寸閥進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)得相應(yīng)噴吹波形見(jiàn)圖3。

圖3 不同噴吹壓力下的脈沖噴吹波形圖

從圖3波形分析可知，在導(dǎo)通時(shí)間不變、噴吹壓力變大的情況下，脈沖閥噴吹波形的橫向時(shí)間寬度不變，縱向壓力值變大。

3.3 噴吹氣流在噴吹管內(nèi)形成的壓力傳遞與壓力分布規(guī)律

在噴吹管上布置10個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)，在噴吹壓力為0.30MPa、脈沖閥導(dǎo)通時(shí)間為150ms、單行噴吹19條濾袋的情況下，采用3寸閥進(jìn)行試驗(yàn)。噴吹管內(nèi)壓力分布情況見(jiàn)圖4。

圖4 噴吹管內(nèi)壓力分布情況

根據(jù)各測(cè)點(diǎn)壓力波形圖及噴吹管內(nèi)壓力分布圖，綜合分析如下：

3.3.1 壓力到達(dá)時(shí)間

壓力到達(dá)每個(gè)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間分別約為28.8、30、30.4、32、32.4、36、36.6、41.2、42、42.8ms，實(shí)驗(yàn)表明壓力到達(dá)測(cè)點(diǎn)時(shí)間沿噴吹管氣流方向逐漸增大。氣流從第1個(gè)噴嘴到第19個(gè)噴嘴移動(dòng)時(shí)間約為14ms，經(jīng)計(jì)算可知，噴吹管內(nèi)氣流流速超過(guò)300m/s。

3.3.2 壓力峰值到達(dá)時(shí)間

壓力峰值到達(dá)每個(gè)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間分別約為75.4、76.4、75.4、71.8、71、67.2、66.4、63、62、62ms，實(shí)驗(yàn)表明每個(gè)測(cè)點(diǎn)壓力峰值到達(dá)時(shí)間沿噴吹管氣流方向逐漸減小。分析其主要原因是壓縮空氣進(jìn)入噴吹管后高速射流到達(dá)噴吹管底部后受壓縮反沖膨脹，氣體沿噴吹氣流反方向運(yùn)動(dòng)，將動(dòng)能逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽蛎洑怏w返回到第1個(gè)噴嘴時(shí)間約為14ms。

3.3.3 壓力峰值數(shù)據(jù)

測(cè)點(diǎn)的壓力峰值分別約為2.27、2.30、2.32、2.39、2.40、2.48、2.50、2.60、2.61、2.63bar，實(shí)驗(yàn)表明壓力峰值沿噴吹管氣流方向逐漸增大，這正是造成噴吹管尾部對(duì)應(yīng)的濾袋清灰力度較大的主要原因。

3.4 噴吹口的流量分布

3.4.1 能量平衡關(guān)系

伯努利積分中的流線常數(shù)C是三項(xiàng)之和。每項(xiàng)的物理意義表示單位重量流體所具有的某種能量，其中第一項(xiàng)是單位重量流體所具有的位置勢(shì)能（簡(jiǎn)稱單位位置勢(shì)能），第二項(xiàng)是單位重量流體所具有的壓強(qiáng)勢(shì)能（簡(jiǎn)稱單位壓強(qiáng)勢(shì)能），位置勢(shì)能是從位置高層的基準(zhǔn)算起的，壓強(qiáng)勢(shì)能是以當(dāng)?shù)卮髿鈮旱扔诹銥榛鶞?zhǔn)，以相對(duì)壓強(qiáng)計(jì)算，第一、二項(xiàng)之和是單位重量流體所具有的總勢(shì)能（簡(jiǎn)稱單位總勢(shì)能）。第三項(xiàng)是由于流體的運(yùn)動(dòng)造成的，為單位重量流體所具有的動(dòng)能（簡(jiǎn)稱單位動(dòng)能）。三項(xiàng)之和為單位重量流體的總機(jī)械能（簡(jiǎn)稱單位總機(jī)械能）。

3.4.2 噴吹口流量公式推算

將噴吹口處分為兩種狀態(tài)，狀態(tài)一為噴吹口內(nèi)，狀態(tài)二為噴吹口外，根據(jù)伯努利能量平衡方程，狀態(tài)一的總機(jī)械能等于狀態(tài)二的總機(jī)械能，即

3.4.3 噴吹口流量分布

以3寸脈沖閥的實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)行噴吹口流量計(jì)算。如下：

當(dāng)采用3寸閥，噴吹壓力0.3MPa，單行噴吹濾袋數(shù)量19條，其中5個(gè)噴吹口的流量見(jiàn)表2。

表2 噴吹管內(nèi)靜壓分布

根據(jù)公式④計(jì)算，結(jié)果如下：

第1個(gè)噴吹口流量L1= 9.3×10-2m3/s；

第7個(gè)噴吹口流量L7= 9.8×10-2m3/s；

第11個(gè)噴吹口流量L11= 1.01×10-1m3/s；

第17個(gè)噴吹口流量L17= 1.05×10-1m3/s；

第19個(gè)噴吹口流量L19= 1.06×10-1m3/s。

根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)作流量分布圖（見(jiàn)圖5）。由圖5可見(jiàn)，各噴吹口的流量由第1個(gè)噴吹口至最后一個(gè)噴吹口呈遞增分布。

圖5 采用3寸脈沖閥時(shí)的各噴吹口流量分布圖

3.5 噴吹氣流在濾袋內(nèi)形成的壓力傳遞和壓力分布規(guī)律

在濾袋上布置10個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)，在噴吹壓力為0.30MPa、脈沖閥導(dǎo)通時(shí)間為150ms、單行噴吹19條8m濾袋（透氣量約為130L/dm2·min）的情況下，采用3寸閥進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖6。圖6數(shù)據(jù)分析，壓力最低點(diǎn)在離袋底約為1.6m的位置，第1條最低壓力測(cè)量值約為2.1kPa，第19條最低壓力測(cè)量值約為2.2kPa。

圖6 濾袋內(nèi)壓力分布圖

從大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，噴吹壓力峰值由袋口至袋底依次出現(xiàn)，從宏觀上描述就是，壓力波從上而下運(yùn)動(dòng)，整條濾袋表面出現(xiàn)如圖7所示現(xiàn)象，粉塵餅正是在如圖7中所示的濾袋表面運(yùn)動(dòng)下脫落并掉入灰斗的。

圖7 濾袋表面鼓動(dòng)過(guò)程示意圖

3.6 大口徑脈沖閥與長(zhǎng)濾袋應(yīng)用分析

3.6.1 大口徑脈沖閥的應(yīng)用

從大量脈沖噴吹試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，在噴吹壓力為0.3MPa、脈沖寬度為150ms情況下，4寸脈沖閥單行可噴吹28條8m濾袋，其噴吹效果與3寸閥單行噴吹19條濾袋相當(dāng)，可根據(jù)具體項(xiàng)目應(yīng)用情況，適當(dāng)將噴吹壓力提高0.05MPa。

3.6.2 長(zhǎng)濾袋應(yīng)用分析

在同等條件下，噴吹15條10m濾袋的噴吹效果與3寸閥單行噴吹19條8m濾袋的噴吹效果相當(dāng)，適當(dāng)將噴吹壓力提高0.1MPa，將達(dá)到更好效果。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)脈沖清灰機(jī)理研究可知，脈沖閥噴吹量與噴吹壓力成正比關(guān)系，脈沖閥噴吹波形與噴吹壓力密切關(guān)聯(lián)，可為濾袋清灰效果研究打下基礎(chǔ)。

（2）噴吹管壓力沿氣體流動(dòng)方向呈逐漸增大的趨勢(shì)，壓力峰值到達(dá)時(shí)間沿噴吹管氣流方向卻逐漸減小，說(shuō)明壓縮空氣進(jìn)入噴吹管后由于高速射流瞬時(shí)到達(dá)噴吹管底部，在底部受壓縮反沖膨脹后，氣體沿噴吹氣流反方向運(yùn)動(dòng)，再由噴嘴噴出到濾袋進(jìn)行清灰。

（3）通過(guò)伯努利動(dòng)力學(xué)方程推導(dǎo)出各噴吹口流量公式，分析噴吹口流量分布規(guī)律，越靠近噴吹管尾部的噴吹口流量越大，與噴吹管內(nèi)壓力分布存在直接關(guān)系。

（4）靠近袋口的濾袋部位壓力比較大，清灰效果比較好，隨著氣流能量的消耗，壓力逐漸減弱，但因?yàn)闅饬鞯竭_(dá)濾袋底部受到壓縮有反沖的作用，壓力最低點(diǎn)并不在濾袋最底部，大概在距濾袋底部1.6m處位置。

（5）噴吹壓力峰值由袋口至袋底依次出現(xiàn)，即壓力波從袋口至袋底連續(xù)運(yùn)動(dòng)，整條濾袋表面出現(xiàn)至上而下的鼓動(dòng)，粉塵餅將在這種鼓動(dòng)下從濾袋表面剝離脫落并最終掉入灰斗。

（6）根據(jù)工程項(xiàng)目應(yīng)用及設(shè)計(jì)需要，對(duì)4寸脈沖閥及10m濾袋進(jìn)行噴吹試驗(yàn)研究，并成功將4寸閥單行噴吹28條8m濾袋及3寸閥單行噴吹15條10m濾袋成功應(yīng)用于工程項(xiàng)目，項(xiàng)目運(yùn)行效果良好。

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