8 m濾袋的噴吹實驗研究

馬學(xué)軍鄧四二

1. 河南科技大學(xué)，河南 洛陽 471023；2. 河南中材環(huán)保有限公司，河南 平頂山 467002

8 m濾袋的噴吹實驗研究

馬學(xué)軍1,2鄧四二1

1. 河南科技大學(xué)，河南 洛陽 471023；2. 河南中材環(huán)保有限公司，河南 平頂山 467002

針對袋除塵器中的8 m濾袋，建立清灰模擬實驗臺，通過改變清灰壓力、噴吹時間，測試噴吹管前后端所帶濾袋上、中、下部的壓力值，進行對比，確定8 m濾袋在正常的清灰壓力下、最薄弱的位置，清灰效果完全可以達到要求，在工程中可以應(yīng)用。

袋除塵器 8 m濾袋 清灰 實驗

0 引言

目前，水泥行業(yè)普遍可以接受的濾袋長度在6 m～7 m。一般認(rèn)為，濾袋超過7 m時，受上升速度的影響，其間距必須足夠?qū)?，才能將上升速度控制在合理范圍之?nèi)。但采用側(cè)向進氣技術(shù)后，濾袋長度理論上不再受上升速度的影響，可以任意加長[1]，但清灰仍然制約著濾袋加長，故水泥行業(yè)大量使用6 m～7 m濾袋，很少使用8 m及以上長度的濾袋。

本實驗以8 m濾袋側(cè)壁正壓力峰值來反映除塵器的噴吹性能，結(jié)合除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計中所要考慮的參數(shù)及本實驗臺的實驗條件，實驗選取噴吹壓力（分氣箱壓力）、噴吹時間、脈沖閥所帶濾袋前后位置作為變量，通過改變這些參數(shù)對濾袋上、中、下部的壓力進行對比和研究。

1 實驗原理

在脈沖清灰過程中，粉塵層受到多種力的共同作用，總體來說分為兩種，即保留粉塵層的力和清除粉塵層的力。其中，保留粉塵層的力包括粉塵與濾料之間的粘附力及粉塵之間的粘附力。清除粉塵的作用力有以下三種: 慣性力、垂直于濾料表面的氣流動壓力和重力。

（1）慣性力。脈沖清灰時，壓縮空氣噴吹使濾袋內(nèi)的壓力急劇上升，濾袋以及濾袋表面的粉塵層一起受到強力沖擊而獲得很大的加速度，沿濾袋向外做徑向運動（也就是膨脹）。當(dāng)運動到極限位置（即最大位移處）時，濾袋在張力作用下加速度降為零并開始沿徑向向內(nèi)收縮，而濾袋上附著的粉塵層在慣性力的作用下仍然以原始速度向外運動，當(dāng)慣性力足夠大時，粉塵層就可以克服自身與濾料之間的粘附力與濾料分離，大量塵餅脫離濾袋表面，并在重力作用下降落至灰斗收集[2]。

（2）垂直于濾料表面的氣流動壓力。

（3）重力G。與濾料表面分離的粉塵依靠重力沉入灰斗。一些研究表明，重力在清灰過程中所起的作用很小，只要粉塵層所受的慣性力足夠大就可以從濾料表面分離下來。

當(dāng)選定濾料且過濾處于平衡狀態(tài)后，影響清灰力的主要因素即為正壓峰值和正壓峰值到達時間，濾料所受的壓力越大，受力時間越短，則粉塵分離力就越大。本實驗臺主要通過改變噴吹參數(shù)來研究正壓峰值以及到達時間。

2 實驗裝置

脈沖噴吹實驗臺的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖1。脈沖噴吹實驗臺包含了以下設(shè)備：

（1）脈沖閥。脈沖閥是脈沖清灰系統(tǒng)中的執(zhí)行機構(gòu)。本實驗臺可用多種脈沖閥做測試，得到不同脈沖閥在同等條件下測試袋頭、袋中、袋底的清灰壓力?？紤]工程中使用較多的脈沖閥是GOYEN牌，本實驗臺主要依據(jù)CA76mmGOYEN脈沖閥（淹沒式）進行測試。

圖1 脈沖噴吹實驗臺的總體結(jié)構(gòu)

（2）分氣箱。主要用于安裝脈沖閥并和噴吹管連接，根據(jù)GOYEN公司提供的脈沖閥噴吹一次的耗氣量數(shù)據(jù)可知，3″脈沖閥一次的噴吹氣量為800 L/次，考慮到本實驗臺為在無粉塵情況下進行的實驗室實驗，且噴吹管較長、噴吹孔較多，所以分氣箱需要做的足夠大，以保證噴吹時有穩(wěn)定的壓力。為便于實驗室測定，分氣箱選擇400 mm×400 mm矩形管焊接制作而成，容量靠與之串聯(lián)的儲氣罐保證。

（3）噴吹管。工程實際應(yīng)用中，由于處理煙氣量的不同，袋除塵器的選型不同，每個脈沖閥所帶的濾袋數(shù)目不同，也就是噴吹管的長度不同。為驗證距離脈沖閥近端和遠端的不同，將噴吹管孔個數(shù)設(shè)計為可調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)，可在1～23個孔之間變動。本實驗選用23孔的噴吹管，噴吹管直徑采用規(guī)格Φ89 mm×3.5 mm無縫管制作，噴吹孔徑16 mm～16.5 mm。

（4）濾袋。本實驗選用Φ160 mm×8 000 mm玻纖覆膜濾袋進行測試。

（5）控制柜。通過PLC實現(xiàn)脈沖發(fā)生功能、調(diào)節(jié)脈沖時間寬度，驗證在不同脈沖時間寬度下清灰時，濾袋上中下部的壓力。

（6）供氣系統(tǒng)。

空壓機：實驗采用螺桿式空氣壓縮機，其工作壓力為0.8 MPa，容積流最小為0.6 m3/min，轉(zhuǎn)速860 r/min，外形尺寸為128 mm×45 mm×92 mm。

儲氣罐：用來保證脈沖閥每次噴吹后分氣箱內(nèi)的壓力能快速恢復(fù)至設(shè)定壓力，容積1 m3。

過濾器和減壓閥：過濾器保證進入儲氣罐和分氣箱的氣體沒有固體顆粒物，過濾壓縮空氣中的雜質(zhì)，確保脈沖閥正常工作。減壓閥的作用主要是將0.7 MPa的壓縮空氣壓力調(diào)整至實驗壓力。

（7）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

壓力傳感器：濾袋上、中、下部噴吹時壓力一般小于2 000 Pa，故選擇采用傳感器量程為0～5 kPa，根據(jù)濾袋長度，在袋口、袋身（中部）、袋底各放置一個，測量濾袋從上至下清灰時壓力到達時間和大小；分氣箱、噴吹管的壓力一般在0.4 MPa以下，故選用傳感器參量程為0～0.7 MPa，在分氣箱上安裝一個，噴吹管前、后端各裝一個。

數(shù)據(jù)采集儀：本系統(tǒng)采集控制軟件選用中商用組態(tài)軟件“組態(tài)王”。

3 實驗結(jié)果

定義：靠近脈沖閥的一端稱為噴吹管前端，遠離脈沖閥的一端稱為噴吹管后端。

（1）首先對噴吹管前端和后端的噴吹壓力進行驗證，在噴吹時測量噴吹管前后端的壓力變化是否有差異，實驗如下：

當(dāng)噴吹壓力為0.3 MPa，噴吹時間分別為100 ms、150 ms、200 ms時，測得噴吹管前后端的壓力分別見圖2。

當(dāng)噴吹壓力為0.3 MPa，噴吹時間分別為100 ms、

150 ms、200 ms時噴吹管前端、后端壓力對比，見圖3。

圖2 測得噴吹管前后端的壓力

（2）由于噴吹管前端的壓力小于后端，如果前端濾袋清灰能達到要求，則后端的濾袋是沒有任何問題的，故采用第3孔（前端）進行測試（總孔23孔）。

當(dāng)噴吹壓力為0.3 MPa，噴吹時間分別為100 ms、150 ms、200 ms時，濾袋上中下部的壓力對比分別見圖4。

由圖4可知，濾袋上部的壓力遠遠大于濾袋中下部，在0.3 MPa噴吹壓力下，袋口的壓力可以達到750 Pa以上，而中下部小于300 Pa，但濾袋上部衰減快，中下部衰減慢。脈沖時間的延長只是減緩了壓力衰減的時間，并沒有提高袋口的噴吹壓力，而中下部的噴吹壓力有一定幅度的提升。

0.4 MPa噴吹壓力，脈沖時間100 ms、150 ms、200 ms，濾袋上中下部的壓力對比見圖5。

0.3 MPa噴吹壓力，不同脈沖時間下，濾袋上部的壓力對比及下部的壓力對比見圖6。

由圖6可知，延長脈沖時間未能提高袋口的噴吹壓力，只是延長了壓力衰減時間。對濾袋中下部來說，脈沖時間的延長，可以適當(dāng)提高噴吹壓力，當(dāng)脈沖時間從100 ms提高到200 ms時，噴吹壓力可以提升180 Pa左右。

圖3 噴吹管前端、后端壓力對比

圖4 噴吹壓力為0.3 MPa濾袋上中下部的壓力對比

圖5 噴吹壓力為0.4 MPa濾袋上中下部的壓力對比

圖6 0.3 MPa噴吹壓力不同脈沖時間下濾袋上部、下部的壓力對比

脈沖150 ms，不同噴吹壓力下，濾袋上部、下部壓力對比分別見圖7。

由圖7可知，在相同的脈沖時間下，提高氣源的噴吹壓力，在濾袋的上口與濾袋下部的壓力均可以得到相應(yīng)提高（氣源的噴吹壓力由0.3 MPa提高到0.4 MPa后，袋口的噴吹壓力可以提升200 Pa左右，底部的壓力大約提高了60 Pa）。

由上述分析可知，在濾袋允許的范圍下適當(dāng)提高噴吹壓力、延長脈沖時間可以提高袋除塵器的清灰能力，對較長濾袋下部的清灰顯得尤為重要。

圖7 脈沖150 ms不同噴吹壓力下濾袋上部、下部壓力對比

（3）對于噴吹管后端的濾袋，根據(jù)上述實驗，在同樣的噴吹壓力下，由于后端較前端壓力高，濾袋上、中、下部的清灰壓力也更高。為此，在噴吹壓力0.3 MPa、噴吹時間150 ms的條件下，將濾袋各部位壓力進行測試。

前端和后端濾袋上部、中部及下部的壓力比較見圖8。

由圖8可知，在0.3 MPa噴吹壓力和150 ms的噴吹時間下，噴吹管前端和后端濾袋上部的壓力大約相差600 Pa。濾袋中部的壓力相差大約150 Pa，從上部到中部，壓力急劇下降，尤其是前端的濾袋，中部壓力只有400 Pa左右，該處的濾袋清灰時壓力最小，因此當(dāng)前端濾袋的中部壓力滿足清灰要求時，整臺設(shè)備就可滿足清灰要求。在0.3 MPa噴吹壓力和150 ms的脈沖時間下，濾袋下部的壓力均超過了400 Pa，二者之間相差大約220 Pa。

圖8 前端和后端濾袋上部、中部及下部的壓力比較

（4）增加文氏管前后濾袋各部位壓力檢測的結(jié)果。

行業(yè)內(nèi)對文氏管的作用存有爭議。有人認(rèn)為，除塵濾袋清灰時，在高速氣流通過文氏管時誘導(dǎo)5～8倍于噴吹壓縮空氣的二次空氣進入濾袋，造成濾袋瞬間急劇膨脹，由于氣流的反向作用，使積附在濾袋上的粉塵脫落，可以大大提高脈沖電磁閥噴吹強度與效果，降低壓縮空氣耗用量，節(jié)省了能源。也有人認(rèn)為，文氏管的內(nèi)徑急劇變小，通過的氣流在此處形成瓶頸，增加了花板上下的阻力，從而導(dǎo)致除塵器整機阻力上升。

這里暫且不討論過濾狀態(tài)下的阻力升高問題，我們對增加文氏管前后的濾袋各部位壓力值進行檢測，發(fā)現(xiàn)無論是0.3 MPa還是0.4 MPa，加上文氏管之后，濾袋上中下部的噴吹壓力峰值明顯降低，持續(xù)時間也沒有延長，并不能合理解釋引流的作用，反而使正常過濾狀態(tài)下的設(shè)備阻力增大，建議不使用文氏管。目前，工程應(yīng)用中不使用文氏管而正常工作的實例還是很多的。

4 結(jié)束語

本實驗從噴吹壓力（0.3 MPa、0.4 MPa）、噴吹時間（100 ms、150 ms、200 ms）和噴吹管前后端三個方面，通過調(diào)整各個參數(shù)，取得了濾袋上、中、下部的壓力值，并在調(diào)整某個參數(shù)時對前后濾袋上、中、下位置處的壓力進行了對比。

從噴吹壓力上說，隨著壓力的增加，濾袋上、中、下部的壓力也隨之上升，濾袋上部壓力的提升尤為明顯。但濾袋上部的壓力衰減很快，持續(xù)時間較短。濾袋中下部的壓力雖然較低，但相對于濾袋上部持續(xù)時間較長。由此可知，提高噴吹壓力也是改善清灰效果的一種手段。在工程實用中，由于濾袋承受的噴吹壓力極限不同，需要針對不同的濾袋采用不同的噴吹壓力。如，玻纖覆膜濾袋要求的噴吹壓力在0.25～0.4 MPa，氈類、芳綸等可以承受的噴吹壓力可達0.6 MPa，在滿足清灰的前提下，盡可能使用低壓噴吹。若濾袋使用時間較長，阻力較高，在濾袋可承受范圍內(nèi)，可以適當(dāng)提高清灰壓力，以達到提升清灰效果的目的。

從噴吹時間上說，本實驗通過調(diào)整脈沖寬度，從100 ms到150 ms再到200 ms，對濾袋上部、中部、下部的壓力分別做了檢測。結(jié)果表明，當(dāng)脈沖寬度在100 ms到150 ms間增加時，濾袋上、中、下部的壓力也隨之提高，但當(dāng)脈沖寬度達到200 ms時，濾袋各部分的壓力不升反降，說明一味延長脈沖寬度時間并不能有效提升清灰效果。一般情況下，脈沖寬度設(shè)置在150 ms就可以滿足清灰要求，實驗結(jié)果也證明此時是噴吹效果最好的時候。

從噴吹管前后位置上說，噴吹管后端比前端的壓力大，無論是0.3 MPa還是0.4 MPa的噴吹壓力，前后端的壓力相差大約600 Pa。前后端壓力的差異在設(shè)計上要充分考慮，避免后端過度清灰，前端達不到清灰的最低壓力，而造成附著在濾袋表面的灰不能徹底清除，在使用中除塵器阻力增大。

根據(jù)上述實驗可知，相同的噴吹壓力下，噴吹管前端濾袋上部的壓力最大，噴吹管后端濾袋下部的最小。對于同一濾袋，上部的壓力最大，下部的較小，中部最小。因此只要噴吹管前端濾袋中部的壓力足夠，整臺設(shè)備的清灰問題就可以滿足，但同時，濾袋其它部位的壓力要在濾袋可以承受的范圍之內(nèi)。

在上述實驗中選擇8 m玻纖覆膜濾袋作測試用，從各個部位的參數(shù)看，完全可以滿足工程使用要求，在低壓脈沖袋式除塵器上可以推廣使用。

[1] 成庚生.中國硅酸鹽學(xué)會環(huán)境保護分會學(xué)術(shù)年會論文集[C],北京: 中國硅酸鹽學(xué)會,2009.

[2] 袁彩云, 長濾袋脈沖噴吹清灰性能的研究[D]. 綿陽: 西南科技大學(xué), 2012.

2016-09-28）

TQ172.688

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1008-0473(2016)06-0093-05

10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.06.020