環(huán)吹袋式除塵器除塵性能試驗(yàn)研究

趙盛如 劉剛 程光球

東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院

環(huán)吹袋式除塵器除塵性能試驗(yàn)研究

趙盛如 劉剛 程光球

東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院

針對(duì)人造毛皮行業(yè)存在短纖維和細(xì)小塵雜難處理的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套新型環(huán)吹袋式除塵器，對(duì)其性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，分別考察了關(guān)閉和開啟環(huán)吹時(shí)過(guò)濾速度對(duì)過(guò)濾壓力損失和過(guò)濾效率的影響以及清灰周期的確定。結(jié)果表明壓力損失隨過(guò)濾速度的增大而增大，過(guò)濾效率隨著過(guò)濾速度的增大呈現(xiàn)先減小后增大的規(guī)律。在保證除塵器阻力的前提下，降低過(guò)濾速度，開啟環(huán)吹，有利于清灰周期的延長(zhǎng)。

人造毛皮 袋式除塵器 壓力損失 過(guò)濾效率 清灰周期

0 引言

在人造毛皮的生產(chǎn)工藝中，包含燙毛、剪毛等工序，在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)有大量的纖維及粉塵溢出，逸散出來(lái)的纖維長(zhǎng)短不一，長(zhǎng)纖維易于過(guò)濾且回收效率很高，短纖維所占的比例不大，但是卻能夠長(zhǎng)時(shí)間地懸浮在大氣中，被人體吸收，造成中毒或疾病[1]。

這些粉塵的密度均較小，單純采用重力除塵器、慣性除塵器或旋風(fēng)除塵器的效果并不理想。用重力除塵器去除粉塵占用空間過(guò)大；旋風(fēng)除塵器則阻力偏大；而且棉、毛、麻等纖維的形狀為卷曲狀，互相容易搭接、纏繞，纖維的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于其本身的直徑，其斯托克斯粒徑小，不易分離；在氣固兩相流的流動(dòng)過(guò)程中，絮狀纖維還有可能因摩擦產(chǎn)生靜電，不易從出灰口排出。靜電除塵器若用于含纖維濃度高的場(chǎng)合，會(huì)因纖維在正電極集塵板、負(fù)電極電離端之間產(chǎn)生搭橋現(xiàn)象，引起電極擊穿或反電暈現(xiàn)象[2]。

因此，本文建立了環(huán)吹清灰袋式除塵器的測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對(duì)除塵器的性能、壓力損失、過(guò)濾效率和清灰周期進(jìn)行測(cè)試與分析，以便更好地運(yùn)用于工程實(shí)際中。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

搭建的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，實(shí)驗(yàn)裝置包括除塵風(fēng)管、濾袋、靜壓箱、套筒、環(huán)形風(fēng)口等主要部件。含塵氣流從入口1進(jìn)入，在抽風(fēng)機(jī)的牽引作用下經(jīng)進(jìn)口管道進(jìn)入除塵裝置，然后經(jīng)過(guò)濾后排放到環(huán)境中，環(huán)吹氣流接至箱體上部的靜壓箱，清理濾袋表面積累的粉塵。除塵器內(nèi)氣體流動(dòng)方式為內(nèi)濾式，濾袋的過(guò)濾面積1.18m2，粉塵入口管道直徑0.25m，出口管道直徑0.15m，環(huán)吹管道直徑0.05m。

圖1 除塵實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)中所用主要儀器的基本參數(shù)如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)儀器基本參數(shù)

1.3 測(cè)試參數(shù)

1.3.1 過(guò)濾速度

過(guò)濾速度指單位時(shí)間單位面積濾料表面通過(guò)氣流的流量，常用單位為m/min。袋式除塵器的性能很大程度上取決于過(guò)濾風(fēng)速的大小。

式中：Q為通過(guò)濾料的風(fēng)量，m3/h；f為過(guò)濾面積，m2。在此實(shí)驗(yàn)中，不考慮漏風(fēng)的變化，流量值可直接從設(shè)置在管道上的渦街流量計(jì)直接讀出。

1.3.2 壓力損失

濾料的壓力損失就是濾料前后測(cè)點(diǎn)的全壓差，對(duì)于本次實(shí)驗(yàn)，管道入口處沒有運(yùn)輸管道，而是直接與空氣相接觸，認(rèn)為該處的靜壓為0，濾料的阻力為管道進(jìn)口的動(dòng)壓與管道出口的全壓之差。實(shí)驗(yàn)中，壓力損失值可根據(jù)數(shù)字式微壓計(jì)讀出的進(jìn)、出口的壓力計(jì)算得到。

1.3.3 過(guò)濾效率

過(guò)濾效率為除塵器除下的粉塵量與進(jìn)入除塵器的粉塵量的百分比，體現(xiàn)除塵器處理氣流中粉塵能力的強(qiáng)弱。

式中：η為除塵器的效率，%；G1為進(jìn)入除塵器的粉塵量，g；G2為除塵器除下的粉塵量，g。

實(shí)驗(yàn)中用記重法測(cè)過(guò)濾效率，在發(fā)塵實(shí)驗(yàn)階段，預(yù)先使用天平稱量好所發(fā)粉塵，每次發(fā)塵結(jié)束后連帶濾袋一起稱量除塵裝置所捕集的粉塵量。

1.4 測(cè)試方法

在常溫常壓的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件下，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)變頻器的頻率，改變氣體流量，從而改變過(guò)濾速度。記錄在不同過(guò)濾風(fēng)速下的濾袋前后壓力值，記錄不同過(guò)濾速度下的灰斗所收集的粉塵量。

2 測(cè)試結(jié)果與分析

2.1 開閉環(huán)吹下過(guò)濾速度與過(guò)濾時(shí)間對(duì)壓力損失的影響

2.1.1 開閉環(huán)吹下過(guò)濾速度對(duì)壓力損失的影響

在常溫常壓的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件下，關(guān)閉環(huán)吹，對(duì)含塵狀態(tài)下壓力損失進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 關(guān)閉環(huán)吹時(shí)過(guò)濾速度對(duì)壓力損失的影響

開啟環(huán)吹，對(duì)含塵狀態(tài)下的壓力損失進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 開啟環(huán)吹時(shí)過(guò)濾速度對(duì)壓力損失的影響

圖2、圖3顯示了在含塵狀態(tài)下，關(guān)閉和開啟環(huán)吹兩種工況時(shí)壓力損失隨過(guò)濾速度的變化情況，隨著過(guò)濾速度的增加，壓力損失也相應(yīng)地增加，過(guò)濾速度越大，對(duì)壓力損失的影響越大。在相同的過(guò)濾速度下，關(guān)閉環(huán)吹時(shí)的壓力損失比開啟環(huán)吹時(shí)的壓力損失大，開啟環(huán)吹時(shí)，設(shè)備的壓力損失上升速率明顯低于關(guān)閉環(huán)吹。

回歸分析[3]得曲線形式為：△P（v）=Av+Bv2，擬合參數(shù)A、B及反應(yīng)線性程度的相關(guān)系數(shù)R2，結(jié)果見表1、表2。

表2 關(guān)閉環(huán)吹時(shí)壓力損失與過(guò)濾速度的擬合曲線

表3 開啟環(huán)吹時(shí)，壓力損失與過(guò)濾速度的擬合曲線

由表2、表3看出，將關(guān)閉和開啟環(huán)吹下的壓力損失擬合成關(guān)于過(guò)濾速度的二次曲線函數(shù)，相關(guān)系數(shù)R2趨于1，具有較好的相關(guān)性。

圖4顯示在相同的粉塵負(fù)荷下，關(guān)閉和開啟環(huán)吹工況時(shí)設(shè)備壓力損失差值的變化情況。

圖4 關(guān)閉和開啟環(huán)吹壓力損失差值隨過(guò)濾速度的變化

從圖4可以發(fā)現(xiàn)，開啟環(huán)吹時(shí)的壓力損失值比同一速度值下關(guān)閉環(huán)吹的損失值有明顯的減小，且隨著過(guò)濾速度的增加，這種差值會(huì)逐漸增大。這是由于環(huán)吹氣流在濾袋表面形成一股貼附濾袋表面的向下射流，這股射流一方面阻擋了大顆粒粉塵向壁面靠近，一方面由于沖刷的作用減少含塵氣流中粉塵在濾袋表面的沉積和粘附，減緩濾袋表面的粉塵堆積厚度。粉塵負(fù)荷100g和400g時(shí)開閉環(huán)吹的阻力差值相當(dāng)，可以理解為環(huán)吹清灰在過(guò)濾初期有明顯的阻擋灰塵在濾袋表面堆積的作用。

2.1.2 開閉環(huán)吹下過(guò)濾時(shí)間對(duì)壓力損失的影響

在常溫常壓的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件下，關(guān)閉和開啟環(huán)吹，對(duì)含塵狀態(tài)下過(guò)濾時(shí)間對(duì)壓力損失的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5、圖6所示。

從圖5、圖6可以看出，除塵器的壓力損失隨著過(guò)濾時(shí)間的增大而增大，隨著過(guò)濾的持續(xù)進(jìn)行，粉塵在濾袋上集聚的越多，所帶來(lái)的壓力損失將持續(xù)增大，一方面會(huì)把已經(jīng)附著的細(xì)小顆粒擠壓過(guò)去，另一方面需要增加風(fēng)機(jī)的壓頭，才能保證處理一定的氣體量，這樣會(huì)增加風(fēng)機(jī)能耗。并且隨著過(guò)濾風(fēng)速的增大，壓力損失的增加速率會(huì)加快，在高的過(guò)濾風(fēng)速下，壓力損失增加得越快。無(wú)論是開啟環(huán)吹還是關(guān)閉環(huán)吹，在過(guò)濾初期，濾袋從清潔態(tài)逐漸積累粉塵，壓力損失呈指數(shù)函數(shù)的形式遞增，當(dāng)粉塵初塵形成后，壓力損失呈線性關(guān)系遞增，即在某一固定的風(fēng)量下，過(guò)濾阻力增加相近的值。

圖5 關(guān)閉環(huán)吹時(shí)粉塵厚度對(duì)壓力損失的影響

圖6 開啟環(huán)吹時(shí)粉塵厚度對(duì)壓力損失的影響

對(duì)比圖5、圖6，當(dāng)開啟環(huán)吹氣流后，設(shè)備阻力較不開環(huán)吹有明顯的減小，這是由于環(huán)吹氣流可以有效地減少粉塵在濾袋表面的堆積。

對(duì)不同的過(guò)濾風(fēng)速，在粉塵初塵形成后，回歸分析得曲線形式為：△P(t)=C+Dt，擬合參數(shù)C、D及反應(yīng)線性程度的相關(guān)系數(shù)R2，結(jié)果見表4、表5所示。

表4 關(guān)閉環(huán)吹時(shí)壓力損失與過(guò)濾時(shí)間的擬合曲線

表5 開啟環(huán)吹時(shí)壓力損失與過(guò)濾時(shí)間的擬合曲線

從擬合結(jié)果可以看出，曲線的線性相關(guān)性強(qiáng)。隨著過(guò)濾速度的增加，曲線的斜率越大，壓力損失增加得越快。

2.2 開閉環(huán)吹下過(guò)濾速度對(duì)過(guò)濾效率的影響

在常溫常壓的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件下，固定某一個(gè)風(fēng)速，向?yàn)V袋投放粉塵，測(cè)量不同發(fā)塵濃度下的過(guò)濾效率，然后通過(guò)改變過(guò)濾風(fēng)速重復(fù)上述的試驗(yàn)步驟，得到過(guò)濾風(fēng)速的改變對(duì)過(guò)濾效率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7、圖8所示。

圖7 關(guān)閉環(huán)吹，過(guò)濾速度對(duì)過(guò)濾效率的影響

圖8 開啟環(huán)吹，過(guò)濾速度對(duì)過(guò)濾效率的影響

從圖7、圖8可以看出，在相同的發(fā)塵濃度下，過(guò)濾效率隨著過(guò)濾速度的增大呈現(xiàn)先減小后增大的規(guī)律。從過(guò)濾機(jī)理來(lái)說(shuō)，過(guò)濾效率是濾料對(duì)粉塵粒子的攔截、慣性碰撞、擴(kuò)散、重力等各效應(yīng)的綜合作用，在不同的風(fēng)速下，各種機(jī)理所起的作用不同，擴(kuò)散效應(yīng)隨著過(guò)濾風(fēng)速的增大而減小，慣性效應(yīng)隨著過(guò)濾風(fēng)速的增大而增大，這二者相互作用，使得過(guò)濾效率出現(xiàn)了上述規(guī)律。并且在低風(fēng)速下，擴(kuò)散效應(yīng)起著主要作用，過(guò)濾效率較高。隨著發(fā)塵濃度的增加，過(guò)濾效率上升。

比較圖7、圖8，在相同發(fā)塵濃度，同一過(guò)濾風(fēng)速下，開啟環(huán)吹時(shí)過(guò)濾效率比關(guān)閉環(huán)吹時(shí)的過(guò)濾效率高，并且在發(fā)塵濃度較低時(shí)，開啟環(huán)吹氣流對(duì)提高過(guò)濾效率更加明顯，是因?yàn)樵诎l(fā)塵初期，濾袋內(nèi)部未形成穩(wěn)定粉塵層時(shí)，環(huán)吹氣流可以有效阻擋含塵氣流中的粉塵在濾袋上的粘附和堆積。當(dāng)發(fā)塵濃度逐漸增大，過(guò)濾效率的差值逐漸減小，環(huán)吹氣流提高過(guò)濾效率的數(shù)值上效果不明顯。但是當(dāng)兩者過(guò)濾效率基本相同時(shí)，開啟環(huán)吹氣流可以有效降低過(guò)濾阻力，減小系統(tǒng)的能耗。

2.3 清灰周期

合理的清灰周期對(duì)保證濾袋的使用壽命具有重要作用，同時(shí)還可簡(jiǎn)化袋式除塵器清灰系統(tǒng)控制。目前，對(duì)于袋式除塵器清灰壓差和清灰周期如何合理選擇，還主要靠工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)定[4]。清灰周期反映濾袋性能的周期性變化，清灰周期長(zhǎng)短對(duì)濾袋壽命影響較大[5]。一般地，袋式除塵器的設(shè)計(jì)阻力為1000～1500Pa[6]，取阻力損失為1200Pa，根據(jù)擬合公式計(jì)算在不同過(guò)濾風(fēng)速下的清灰周期，見表5。

表6 不同過(guò)濾速度下的清灰周期

從計(jì)算結(jié)果可以看出，開啟環(huán)吹時(shí)有利于延長(zhǎng)清灰周期，并且在過(guò)濾速度較低時(shí)，清灰周期越長(zhǎng)。所以，在保證除塵器阻力的前提下，降低過(guò)濾速度，開啟環(huán)吹，有利于清灰周期的延長(zhǎng)。

3 結(jié)論

對(duì)人造毛皮行業(yè)袋式除塵器的性能進(jìn)行研究，分析過(guò)濾速度對(duì)過(guò)濾阻力和過(guò)濾效率的影響，計(jì)算清灰周期，為袋式除塵器運(yùn)用于人造毛皮行業(yè)提供理論依據(jù)。

[1]王勇.袋式除塵器設(shè)計(jì)方法的研究[D].沈陽(yáng):東北大學(xué),2004

[2]黃翔.紡織空調(diào)除塵手冊(cè)[M].北京:中國(guó)紡織出版社,2003

[3]馮力.回歸分析方法原理及SPSS實(shí)際操作[M].北京:中國(guó)金融出版社,2004

[4]Dietrich Koch,Jonathan Seville,Roland Clift.Dust cake detachm -ent from gas filters[J].Powder Technology,1996,86:21-29

[5]陳強(qiáng),沈恒根.袋式除塵器內(nèi)氣流均勻性的數(shù)值模擬研究[D].上海:東華大學(xué),2005

[6]張殿印.袋式除塵技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2008

Expe rim e nta l Study on the Pe rform a nc e of Bring Blow Ba ghous e

ZHAO Sheng-ru,LIU Gang,CHENG Guang-qiu
School of Environmental Science and Engineering,Donghua University

Because of the characteristics of short fibers and intractable fine dust in the artificial fur industry,a new ring blow baghouse was designed,and its properties were studied in the lab scale,and the influences of filtration rate on the pressure loss and efficiency of filtration and the cleaning cycles when the ring blow was blown off or opened were investigated in this paper.The results showed that when the filtration rate increased,the pressure loss also increased, however,the filtration efficiency increased firstly and then decreased.So under the condition of ensuring dust resistance, decreasing the filtration rate and opening the ring blow were good for extending the cleaning cycle.

artificial fur industry,bag filter,filtration friction,filtration efficiency,cleaning cycle

1003-0344（2015）03-029-4

2014-1-15

趙盛如（1986～），男，碩士研究生；上海市松江區(qū)人民北路2999號(hào)東華大學(xué)4號(hào)環(huán)境學(xué)院（201620）；E-mail:zsr7272@163.com