新型蜂窩過濾式除塵器的結(jié)構(gòu)及原理

李冠文，曹敏瑩

（廣東工業(yè)大學(xué)，廣東 廣州 510006）

1 結(jié)構(gòu)及原理

除塵器是將顆粒物從含塵氣體中分離并捕集的裝置。按分離、捕集的作用原理，可分為機械除塵器、洗滌除塵器、過濾式除塵器、聲波除塵器、靜電除塵器，其中以過濾式除塵器的粉塵處理效率最高。過濾式除塵器按過濾元件，主要可分為：袋式除塵器、濾筒除塵器、板式除塵器。蜂窩過濾式除塵器其過濾元件為蜂窩狀過濾元件，濾袋、濾筒等均有所不同，是一種新型的過濾方式。

1.1 結(jié)構(gòu)

蜂窩式除塵器主要由蜂窩狀濾芯、清灰系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、殼體組成。其中，蜂窩狀濾芯及清灰系統(tǒng)是其核心構(gòu)成部分。

1.1.1 蜂窩狀濾芯結(jié)構(gòu)

蜂窩狀過濾元件從結(jié)構(gòu)上來說既非濾袋也不同于濾筒,如圖1所示。該結(jié)構(gòu)最早是應(yīng)用在汽車尾氣顆粒物處理上，由于汽車內(nèi)部空間狹小，只能使用緊湊高效的過濾元件進行處理。蜂窩狀過濾元件正是為解決這一難題而設(shè)計的。該過濾技術(shù)目前由汽車尾氣應(yīng)用轉(zhuǎn)移到工業(yè)粉塵處理上，并配置清灰系統(tǒng)，讓整個系統(tǒng)能連續(xù)可靠地運行[3]。

蜂窩狀濾芯是由若干層組成，每層均勻地排列著三角條狀過濾槽。每條濾槽由片狀濾材折彎而成，其中一側(cè)是封閉，另一側(cè)是敞開的，并交錯排列，如圖2所示。含塵氣體以壓力差為動力，由敞開端進入三角條狀過濾槽后，由于末端是封閉的，氣流將通過三面濾材進行過濾，粉塵被截留在濾槽內(nèi)部，潔凈空氣由鄰近的三角濾槽敞開端排出，完成粉塵凈化過程[4]。

1.1.2 ZERO-Turn零轉(zhuǎn)向動力清灰系統(tǒng)

蜂窩過濾式除塵器的清灰方式是采用逆向脈沖壓縮空氣反吹清灰方式。

從結(jié)構(gòu)上說，一般的濾袋、濾筒除塵器的花板是平整的，濾筒、濾袋分別垂直固定在花板上。但蜂窩過濾式除塵器的花板是若干個V形排列而成的，濾芯以一定的角度傾斜固定在V形花板上[5]。V形花板的開口側(cè)依次為文丘里管、脈沖噴吹閥、壓縮空氣儲氣罐，與電磁閥等控制系統(tǒng)共同組成清灰系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)將根據(jù)設(shè)定的時間或壓差值，按自動控制程序進行脈沖噴吹清灰。在清灰的一瞬間，高速噴射氣流通過文丘里管的誘導(dǎo)作用，將幾倍于噴射氣量的空氣，一起吹向濾芯三角濾槽的潔凈敞開端，在三角濾槽內(nèi)形成空氣波，是濾材產(chǎn)生急劇的膨脹和沖擊振動，產(chǎn)生很強的清落粉塵的作用。

蜂窩過濾式除塵器的清灰系統(tǒng)最大的特點是采用了ZERO-Turn零轉(zhuǎn)向動力清灰系統(tǒng)。一般的脈沖清灰系統(tǒng)的噴吹方向與濾材表面是平行的，因而，脈沖氣流進入濾材內(nèi)部后需要經(jīng)過橫向膨脹釋放能量并對濾材產(chǎn)生作用。而零轉(zhuǎn)向動力清灰系統(tǒng)的脈沖清灰氣流被直接噴入過濾元件，如圖3所示。脈沖清灰氣流所產(chǎn)生的大部分能量均能順利地傳遞至濾材表面，減少了能量損失，大大提升了清灰效果，有利于延長濾芯的使用壽命。另外，濾芯以V形排列，接近于垂直排列，經(jīng)反吹清理落下的粉塵可直接落入灰斗，避免了粉塵被吹落至鄰近過濾元件上，造成二次揚塵[6]。

1.2 過濾原理

粉塵過濾的機理主要有4種，分別為：篩分（Sieving）、攔截（Interception）、惰性撞擊（Inertial Impaction）、沉贅（Diffusion）。當有一靜止或緩慢運動的障礙物（如纖維）處于氣流中時，則成為一個靶子，使氣流產(chǎn)生繞流，使某些顆粒沉降到上面。顆粒物能否沉降到靶子上，取決于顆粒的粒徑及相對運動速度及位置 （如圖4）[7]。當顆粒粒徑＞10μm時，以篩分為主要機理；當顆粒粒徑在1-0.1μm時，以攔截為主要機理；當顆粒粒徑在＞1μm時，以惰性撞擊為主要機理；當顆粒粒徑在＜0.1μm時，以沉贅為主要機理。

蜂窩狀濾芯屬于物理過濾，其凈化機理與顆粒物過濾機理一致。

2 應(yīng)用

在國內(nèi)外，蜂窩式除塵器已在多個行業(yè)成功投入使用，包括：焊接粉塵處理、等離子切割粉塵處理、采礦行業(yè)粉塵處理、金屬加工粉塵處理、煙草行業(yè)粉塵處理、木材加工行業(yè)粉塵處理、糧食行業(yè)粉塵處理等。

據(jù)報道[8]美伊電鋼ME ELECMETAL在產(chǎn)品打磨生產(chǎn)線上成功采用了蜂窩式除塵器進行粉塵收集處理，粉塵種類為鐵粉，處理風(fēng)量為67000 m3/h；昆士蘭糧食散粕倉采用了蜂窩式除塵器對皮帶輸送線進行粉塵收集處理，粉塵種類為糧食粉塵，處理風(fēng)量為56000 m3/h；Magnetation LLC公司采用蜂窩式除塵器處理鐵燧巖礦石粉塵，處理風(fēng)量為57000 m3/h。

以下是Modern Tool公司采用Donaldson公司研發(fā)的蜂窩式除塵器TG-4處理激光切割粉塵的應(yīng)用。該系統(tǒng)自2009年2月投入使用，系統(tǒng)總風(fēng)量為4250 m3/h，每個濾芯處理的風(fēng)量為1062 m3/h。圖5是運行2100 h后根據(jù)壓差記錄儀記錄的數(shù)據(jù)繪制的曲線圖。由運行曲線圖可以看出，蜂窩式除塵器的運行壓差一直穩(wěn)定在500～1250Pa范圍內(nèi)。這表明蜂窩式除塵技術(shù)是穩(wěn)定可靠的。

3 優(yōu)、缺點

蜂窩式除塵器最大的優(yōu)點是以其高效的處理能力減少除塵器占地面積。按體積計算，與同樣體積的濾筒、濾袋相比，蜂窩式濾芯處理的風(fēng)量是濾筒的3倍[9]，是濾袋的6倍。其次，除塵器可長期穩(wěn)定地運行，確保了系統(tǒng)的可靠性。另外，由于蜂窩式除塵器的運行壓差低，可大大降低風(fēng)機的運行功率，從而為用戶節(jié)省運行成本。

但是，蜂窩式除塵器仍有一些技術(shù)難題需要克服的。（1）由于三角濾槽截面較小，若粉塵未能及時清除，蜂窩式濾芯容易堵塞；（2）蜂窩式除塵器對粉塵的濕度較敏感，特別是一些容易吸潮的粉塵。當粉塵在三角濾槽內(nèi)吸潮后，容易在濾槽內(nèi)膨脹，最后使濾芯堵塞。

4 總結(jié)

目前，蜂窩式除塵技術(shù)還處于起步階段，仍有待更多行業(yè)應(yīng)用的嘗試。但其技術(shù)優(yōu)勢明顯，以其獨特的構(gòu)造及優(yōu)越的清灰系統(tǒng)，必將引領(lǐng)過濾式除塵行業(yè)新一輪技術(shù)革新。

[1]肖寶恒，催云壽.燃煤電廠電除塵器改造為袋式除塵器的可行性研究[J].電力環(huán)境保護，2002,18(2).

[2]鉛酸蓄電池企業(yè)環(huán)保設(shè)施運行技術(shù)規(guī)范GB/T XXXX-201X.

[3]Mike Brezonick.Taking new technology to older equipment-Donaldson develops advanced Powercore air nitration systems for the aftermarket[EI].Diesel Progress,2005,71(9).

[4]王林.唐納森新一代Powercore G2空氣過濾技術(shù)[J]工程機械，2009,40(2).

[5][6]Dave Gawlik.Donaldson Torit Launches new Powercore VH series dust collector.Miners news,2011,26(3).

[7]馬廣大，郝吉明.《大氣污染控制工程》[M].高等教育出版社，2002,8 P152.

[8]Moe KyawThu,Gwag JaeGyun,Park YongJin.Efficiency of Powercore in core set development using amplified fragment length polymorphic markers in mungbean.Plant Breeding[SCI]2012,131(1).

[9]張一幟，陳海焱，覃金珠.濾筒除塵器及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].能源與環(huán)境，2009,(5).