脈沖式布袋除塵器的過濾與清灰

張家飛，徐兆春

(馬鋼股份公司第一鋼軋總廠 安徽馬鞍山 243000)

脈沖式布袋除塵器的過濾與清灰

張家飛，徐兆春

(馬鋼股份公司第一鋼軋總廠 安徽馬鞍山 243000)

過濾與清灰技術(shù)是布袋除塵器設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。內(nèi)容包括：脈沖式布袋除塵器過濾和清灰的普遍工作機(jī)理。

過濾；清灰；脈沖閥

脈沖噴吹式布袋除塵器常用的濾料有：丙綸(PP)﹑滌綸(PE)﹑聚苯硫醚(PPS)﹑玻璃纖維﹑特富龍(Teflon)及其ePTFE覆膜濾料等。針對脈沖噴吹清灰能力強(qiáng)的特性，脈沖噴吹式布袋除塵器一般選用針刺氈類的濾料。針刺氈類濾料具有容塵量大過濾效果好的特點(diǎn)，立體式表面結(jié)構(gòu)相對于編織型濾料更有利于粉塵層的形成，并且價(jià)格便宜，這些優(yōu)點(diǎn)使針刺氈類濾料在除塵中得到了廣泛的應(yīng)用。

圖1 濾料過濾機(jī)理示意圖(左圖為針刺氈類；右圖為編織類)

圖1展示兩種不同結(jié)構(gòu)濾料的過濾機(jī)理。通過比較可以看出，針刺氈類濾料由于獨(dú)特的纖維組成方式使其在保證高透氣率的同時(shí)具有著更高的容塵能力。所以，以針刺氈形式編織的濾袋過濾速度比較高(一般1 m/min-2 m/min)。透氣特性﹑阻力特性﹑強(qiáng)力特性等參數(shù)是濾料選擇的重要依據(jù)。濾袋的使用壽命一般在2-3年，也有些情況下可達(dá)5至6年，但是大多數(shù)情況下只使用1到1.5年。對于大型除塵器換袋的費(fèi)用很高，如150×104m3/h的除塵器，換一次袋需要600萬-800萬元，同時(shí)換袋還可能影響生產(chǎn)。[1]滌綸針刺氈(PE)化學(xué)性能穩(wěn)定并且價(jià)格實(shí)惠，在煙氣工況溫度130 ℃內(nèi)表現(xiàn)出良好的工作性能。鋼鐵冶金行業(yè)大多數(shù)的布袋除塵器采用這類濾料。

1 原理

當(dāng)含塵氣體通過濾袋時(shí)，大部分粉塵顆粒被截留在濾料表面。隨著時(shí)間的變化濾料表面形成一層粉塵層。在過濾過程中粉塵層起到了積極的作用。粉塵層使微小顆粒受到阻攔被截留，從而提高了濾料的過濾效率。隨著濾袋表面粉塵層變厚，運(yùn)行阻力也變得越來越大。

圖2 布袋除塵器運(yùn)行阻力時(shí)間變化曲線圖

圖2展示了布袋除塵器阻力-時(shí)間變化曲線圖。通過圖2可看出，阻力值隨著時(shí)間上升，當(dāng)阻力值到達(dá)設(shè)定上限值時(shí)，噴吹系統(tǒng)開始清灰，這樣就完成了一個(gè)過濾周期。壓縮空氣在極短的時(shí)間(8 ms-14 ms)內(nèi)沖擊布袋，濾料發(fā)生變形使吸附在布袋表面的粉塵層發(fā)生強(qiáng)烈振動而脫落，以達(dá)到良好的清灰效果。從圖中可以看出，如果運(yùn)行工況穩(wěn)定且清灰條件良好的話，每次清灰后阻力值的連線是收斂的。反之，如果清灰力度不夠或由于粉塵性質(zhì)發(fā)生變化導(dǎo)致濾料無法正常工作(比如講，煙氣濕度太大導(dǎo)致濾孔堵塞等原因)時(shí)，濾料的過濾效果會變得越來越差，清灰后的阻力值呈上升趨勢。

2 脈沖閥

如何合理的設(shè)計(jì)清灰系統(tǒng)是脈沖噴吹式布袋除塵器能否高效運(yùn)行的關(guān)鍵。隨著脈沖閥設(shè)計(jì)的改進(jìn)，清灰噴吹能力也得到了很大提高。應(yīng)用在布袋除塵器脈沖噴吹系統(tǒng)上脈沖閥主要有直通式﹑直角式和淹沒式三種(見圖3)。

圖3 脈沖閥(GOYAN)

直通式脈沖閥一般用在氣箱反吹布袋除塵器上。直角式和淹沒式脈沖閥則大量應(yīng)用在長袋脈沖噴吹式除塵器上。噴吹清灰能力的提高使長布袋(6 m)的應(yīng)用成為可能。同時(shí)，一個(gè)噴吹閥對應(yīng)的布袋數(shù)最多可達(dá)到18個(gè)，這樣大大縮小除塵器的體積，降低了造價(jià)。為了滿足布袋除塵器用脈沖閥價(jià)格低﹑性能穩(wěn)定﹑易安裝維護(hù)等需求，國外一些公司(比如：美國世格ASCO)還開發(fā)了活塞式的脈沖閥。圖4展示了活塞式脈沖閥的工作原理。活塞式脈沖閥的閥體結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)膜片式設(shè)計(jì)方式氣流阻力值更小，氣流出口處設(shè)計(jì)成文式管形式，起到了氣流加速的作用，加強(qiáng)了噴吹力度。實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)顯示，活塞式脈沖閥在測試中比傳統(tǒng)式脈沖閥表現(xiàn)出了更好的效果。在國內(nèi)市場使用在長袋脈沖式布袋除塵器上的脈沖閥類型還是以淹沒式和直角式類型為主。

圖4 活塞式脈沖閥工作示意圖

3 系統(tǒng)的分析及總結(jié)

清灰時(shí)，打開脈沖閥進(jìn)行噴吹，濾袋發(fā)生膨脹變化，從上往下，逐漸到濾袋的極限。當(dāng)濾袋底部也有氣流通過并開始膨脹時(shí)，整個(gè)濾袋此時(shí)依舊全部發(fā)生膨脹，就像一個(gè)倒過來的圓臺，并不是只有一個(gè)壓力氣泡從上往下依次在濾袋內(nèi)通過[2]。把握好噴吹氣流的動態(tài)物理特性是合理設(shè)計(jì)噴吹系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

圖5 濾袋上部測試點(diǎn)清灰時(shí)內(nèi)外壓差時(shí)間變化曲線[3]

圖5展示了噴吹清灰時(shí)濾袋上部測試點(diǎn)內(nèi)外壓差時(shí)間變化曲線?？梢钥闯?，高速噴吹氣流先產(chǎn)生一個(gè)正壓區(qū)，接著的二次誘導(dǎo)氣流會產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓區(qū)，然后壓力差值逐漸恢復(fù)到平衡狀態(tài)。如何設(shè)定壓縮氣體噴吹壓力和噴吹時(shí)間跨度以及噴吹管的結(jié)構(gòu)形式是研究人員關(guān)注的問題。

袋式除塵器由于材質(zhì)的特性，可以視為一種柔性介質(zhì)，通過慣性力作用和反吹氣流作用可以使濾袋及粉塵層為達(dá)到清灰。脈沖閥打開，濾袋發(fā)生膨脹，在這個(gè)過程中，脈沖閥發(fā)出的脈沖氣流的動能將轉(zhuǎn)變?yōu)闉V袋及粉塵層的慣性能以及吹掃消耗能，如果袋式除塵器中的濾袋彈性比較弱，整個(gè)清灰過程中起主導(dǎo)作用的就是脈沖氣流，要靠比較高的脈沖壓力和比較大的脈沖氣流才可吹動粉塵層，實(shí)現(xiàn)該種濾袋的清灰；如果袋式除塵器中的濾袋彈性比較大，那么整個(gè)清灰過程中起主導(dǎo)作用的將是慣性能，一般來說，提供比較低的脈沖壓力和比較小的脈沖氣流就可以實(shí)現(xiàn)該種濾袋的清灰。

在反吹清灰系統(tǒng)中，有兩個(gè)衡量請灰效率的特性參數(shù)，即反向氣流的壓力峰值和反向氣流的壓力上升速度；通常來說，控制者兩個(gè)參數(shù)，就可實(shí)現(xiàn)對清灰效率的提升，但在某些條件下，例如過濾的介質(zhì)其阻力系數(shù)比較大，利用氣流質(zhì)量流量的峰值和氣流質(zhì)量流量的上升速度來衡量清灰效率具有相同的意義，控制好了可以達(dá)到同樣的效果。

脈沖閥的特性各有不同﹑噴吹管的管頭結(jié)構(gòu)以及其布置位置和方向﹑氣流管道的長度等對脈沖氣流的曲線影響都比較大，其中脈沖閥的不同，其響應(yīng)時(shí)間也不一樣，直接影響到脈沖氣流的壓力上升速度；噴吹管管頭上的噴嘴直徑﹑噴嘴高度通過實(shí)驗(yàn)和計(jì)算求得一個(gè)最佳值，這將直接影響到脈沖氣流；脈沖氣流道的長度越長，將會降低脈沖氣流壓力的上升速度，脈沖氣流的寬度也會隨之變大。[4]另外，外界其他因素也會對清灰產(chǎn)生一些影響，在設(shè)計(jì)時(shí)需要全面的考慮及處理，處理好這些問題，通過合理的計(jì)算和設(shè)計(jì)，可以達(dá)到完美的脈沖氣流曲線，使清灰效率及效果實(shí)現(xiàn)最佳。

[1] 孫熙，柳靜默.袋式除塵器濾料檢測[C].東北大學(xué)學(xué)術(shù)論文，2010

[2] 肖寶恒.淺談脈沖袋式除塵器的兩大功能：過濾與清灰[C].中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會2006年學(xué)術(shù)年會優(yōu)秀論文集(下卷)，2006.7

[3] 李然然.脈沖袋式除塵器清灰過程優(yōu)化研究[D].北京科技大學(xué)學(xué)位論文，2006

[4] 杜柳柳，沈恒銀，婁可賓.袋式除塵器清灰過程的研究進(jìn)展及分析探討[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2007.5

Filtration and Dust out of the Bag-Type Dust Remover by a Pulse

ZHANG Jia-fei，XU ZHAO-chun

The core of the cloth pocket dust catcher is technology of filtration and dust out. The content include the ordinary mechanism about the filtration and dust out of the cloth pocket dust catcher by a pulse.

filtration；dust out；pulse-valve

2013-10-10

張家飛(1981-)，男，馬鋼股份公司第一鋼軋總廠，工程技術(shù)人員。

TF805.3

B

1672-9994(2014)01-0011-03