棉花加工除塵技術(shù)研究和應(yīng)用

■ 谷國富

〔鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計研究所，河南鄭州450004〕

棉花加工除塵技術(shù)研究和應(yīng)用

■ 谷國富

〔鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計研究所，河南鄭州450004〕

棉花加工中會產(chǎn)生大量含塵空氣，這些含塵空氣需要經(jīng)過除塵凈化，以達到國家排放標準要求。因為軋花廠一般地處較偏僻區(qū)域，附近居民少，所以，多數(shù)軋花廠對除塵工作不是很重視，政府監(jiān)管機構(gòu)對于沒有達到排放標準的軋花廠也聽之任之。隨著環(huán)保意識的提高和對工人健康的重視，軋花廠的除塵問題也越來越受到重視。本文闡述了棉花加工除塵技術(shù)的發(fā)展過程，分析了幾種有代表性除塵設(shè)備的優(yōu)劣，并提出棉花加工除塵技術(shù)的發(fā)展方向。

一、傳統(tǒng)的除塵器

軋花廠傳統(tǒng)的除塵器是沙克龍和濾袋，有使用其中一種的一級除塵，也有使用沙克龍加濾袋或沙克龍加沙克龍的二級除塵。這是目前棉花加工使用最多的除塵型式。

（一）沙克龍除塵器

沙克龍除塵器結(jié)構(gòu)簡單，沒有傳動、故障率低，維護工作少、造價低、安裝方便，安裝在室外，防火，耐用，深受用戶歡迎。尤其是風(fēng)運籽棉空氣中，碎棉葉、碎棉稈、粉塵性雜質(zhì)及較大顆粒砂雜類雜質(zhì)多，更適合沙克龍除塵。其缺點是阻力大，對纖維性雜質(zhì)除塵效果不好，對處理風(fēng)量、進口風(fēng)速、幾何尺寸參數(shù)配置要求嚴格，配置不正確時對除塵效果影響很大，使得多數(shù)軋花廠除塵效果不理想。

（二）濾袋

濾袋也具備沙克龍除塵器的優(yōu)點且阻力小，對粉塵和纖維性雜質(zhì)除塵效果好。對處理風(fēng)量、進口風(fēng)速、幾何尺寸參數(shù)的配置較沙克龍寬松，屬于強制過濾，除塵效果好于沙克龍。使用濾袋的多數(shù)軋花廠除塵效果都比較理想。缺點是維護工作量稍大，造價高，不防火。濾袋材質(zhì)是錦綸布濾料，表面較光滑，靠風(fēng)力抖動濾袋使粉塵性雜質(zhì)脫離濾袋，不是強制清灰，清灰效果不可靠，濾袋單位面積處理風(fēng)量少。如果加大單位面積處理風(fēng)量，過濾風(fēng)速過大就會影響清灰效果，所以需要的濾袋數(shù)量較多，造成濾袋塵房體積大，造價高。由于濾袋頻繁抖動易破，而濾袋塵房環(huán)境差，不方便更換濾袋，因此，工人們更喜歡加工結(jié)束后一并更換，破損濾袋帶病工作現(xiàn)象非常普遍，使除塵效果打了折扣。

（三）傳統(tǒng)除塵器的優(yōu)缺點

為了充分發(fā)揮沙克龍的優(yōu)點，提高其除塵效果，有用二級沙克龍除塵的，效果好于單級沙克龍，但阻力更大，造價也更高。

為了做到既不過多增加阻力，又能保證除塵效果，使用一級是沙克龍、二級是濾袋組合除塵的軋花廠，除塵效果和阻力都好于二級沙克龍。但因占地面積大，造價高，只有少數(shù)軋花廠在用。

盡管沙克龍及濾袋缺點明顯，但是因為目前還沒有更可靠、更方便、故障率更低、成本適當(dāng)?shù)男滦统龎m器可以替代，多數(shù)軋花廠都還在使用這兩種除塵器。

二、新型的除塵器

針對沙克龍及濾袋除塵存在的缺陷，鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計研究所對軋花廠除塵器的研究一直沒有間斷，以下幾種除塵器是多年來研究成果的代表。

（一）預(yù)分離機

圖1 預(yù)分離機示意圖

20世紀80年代初，鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計研究所研制出了預(yù)分離機。預(yù)分離機雖然組合了沙克龍和濾袋的優(yōu)點，但是又產(chǎn)生了新的不足，致使這種除塵機沒有被廣泛使用。

上部結(jié)構(gòu)與沙克龍除塵器相同，中部是錦綸布濾料。下部結(jié)構(gòu)也與沙克龍除塵器近似，只是排雜口是長方形。含塵空氣切向進入預(yù)分離機，透過濾料排出預(yù)分離機，纖維性雜質(zhì)被濾料阻隔，并被切向風(fēng)沖刷到下部長方形出口處，被出口的長方形直邊碰撞阻擋后，落入絞龍排出回收（或落入布袋直接收集）。濾料的作用是阻擋纖維性雜質(zhì)，粉塵性雜質(zhì)隨空氣透過濾料排出機外，需要后續(xù)除塵手段配合才能起到除塵作用。當(dāng)用于軋花、皮棉清理工藝除塵時，濾料是60目錦綸網(wǎng)，回收的纖維相當(dāng)于不孕籽棉。當(dāng)用于不孕籽回收、剝絨工藝除塵時，濾料是80目錦綸網(wǎng)，回收的纖維相當(dāng)于三道絨。濾料處理風(fēng)量是2 600 m3/m2～2 800 m3/m2。為避免體積過大以保證穩(wěn)定的進口風(fēng)速，一般一臺風(fēng)機配置一臺預(yù)分離機。

優(yōu)點：把有價值的纖維與粉塵分離并回收纖維，結(jié)構(gòu)簡單、沒有傳動、故障率低、造價低、阻力小、更換濾料方便。

缺點：本身不起除塵作用，需要與其它除塵手段組合才能使除塵效果達到要求。單位體積內(nèi)濾料面積小，需要放置在室內(nèi)，不防火。對處理風(fēng)量、進口風(fēng)速、幾何尺寸參數(shù)配置要求嚴格，配置不正確時除塵效果會大打折扣。

由于風(fēng)運籽棉空氣中纖維性雜質(zhì)少，碎棉葉、碎棉稈、較大顆粒砂雜類雜質(zhì)多，容易損傷濾料，因此不用預(yù)分離機除塵，仍用沙克龍。

（二）“預(yù)分離機＋降塵室”組合除塵

圖2 預(yù)分離機＋降塵室組合示意圖

從預(yù)分離機排出的含塵空氣中的粉塵性雜質(zhì)在降塵室自然降落，沉積到下部絞龍排到室外，干凈空氣經(jīng)過降塵室內(nèi)的凈空氣出口排到大氣。

因為降塵室不是強制過濾，是靠粉塵的自然沉降達到除塵目的，所以除塵效果不穩(wěn)定，可靠性不高。降塵室空間越大，除塵效果就越好；反之，除塵效果就會很差。正常時的排放濃度可以達到20 mg/m3，雖然低于國家標準（100 mg/m3），但排放濃度還是屬于較高級別。

為了減少投資，軋花廠都希望把降塵室建得小一些，并且隨著軋花工藝的不斷完善，產(chǎn)能的不斷增加，除塵風(fēng)量也在加大。而軋花廠不愿意按要求擴大原有降塵室或建造更大的降塵室，導(dǎo)致這種除塵形式已逐漸淡出軋花廠了。

（三）“預(yù)分離機＋濾袋”組合除塵

為了發(fā)揮預(yù)分離機的優(yōu)點，克服降塵室的缺點，提高除塵可靠性，在降塵室內(nèi)安裝濾袋，形成“預(yù)分離機＋濾袋”組合除塵。

圖3 預(yù)分離機＋濾袋組合示意圖

除具有預(yù)分離機的優(yōu)點外，濾袋是強制除塵，阻力小。雖然提高了除塵的可靠性，效果好于降塵室，但是仍然沿襲了濾袋除塵的缺點。

（四）單轉(zhuǎn)籠除塵器

圖4 單轉(zhuǎn)籠除塵器示意圖

單轉(zhuǎn)籠除塵器是二級除塵。一級是不銹鋼絲網(wǎng)圓盤，過濾較長纖維性雜質(zhì)，雜質(zhì)由旋轉(zhuǎn)的條縫吸嘴清灰并排出機外。二級是轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)籠，濾料有不銹鋼絲網(wǎng)和長毛絨兩種，過濾極短纖維性雜質(zhì)及粉塵性雜質(zhì)，雜質(zhì)由點式往復(fù)吸嘴清灰并排出機外。

二級濾料是不銹鋼絲網(wǎng)時，隨著表面極短纖維性雜質(zhì)厚度的累加，形成的過濾層也更有除塵效果，除塵效果是從一般到好的過程。當(dāng)二級濾料為長毛絨時，除塵效果穩(wěn)定，并且好于不銹鋼絲網(wǎng)。

單轉(zhuǎn)籠除塵器在紡織行業(yè)使用較多，主要用于含塵濃度較低的車間回風(fēng)除塵，單機處理風(fēng)量在40 000 m3/h以內(nèi)。軋花廠空氣含塵濃度高于紡織廠，當(dāng)二級濾料是不銹鋼網(wǎng)絲時，除塵效果不好；當(dāng)二級濾料是長毛絨時，除塵效果好。

因為單轉(zhuǎn)籠除塵器單位體積內(nèi)的過濾面積小，加之軋花廠要求單機處理風(fēng)量大（60 000 m3/h以上）使得該設(shè)備體積大、成本高，且往復(fù)吸嘴傳動機構(gòu)設(shè)置在機內(nèi)底部易受沉降灰塵阻滯，故障率高，所以沒有被廣泛使用。

優(yōu)點：雜質(zhì)分類清除，一級以回收有價值纖維為主，二級除塵阻力小，一級圓盤有阻擋火情作用。當(dāng)二級濾料是長毛絨時，除塵效果好，排放濃度屬于極低級別，不高于1 mg/m3。

缺點：體積大、占地面積大，單位體積內(nèi)過濾面積小，造價較高，故障率高。單機處理風(fēng)量不易高于60 000 m3/h，否則除塵器體積過于龐大。若二級濾料是不銹鋼絲網(wǎng)時，不適合籽棉風(fēng)運除塵。因為風(fēng)運籽棉的空氣中纖維性雜質(zhì)少，在二級的不銹鋼絲網(wǎng)表面形不成極短纖維過濾層，造成除塵效果不好。

（五）鼓式除塵器

圖5 鼓式除塵器示意圖

鼓式除塵器也稱復(fù)合圓籠除塵器，是二級除塵器。一級是不銹鋼絲網(wǎng)圓盤，二級由多個同心圓籠套裝組成，每個圓籠的外表面裹附長毛絨濾料，使得同樣體積內(nèi)濾料面積增加很多（最新的結(jié)構(gòu)是每個圓籠的內(nèi)外表面都裹附長毛絨濾料，濾料面積增加更多）。

鼓式除塵器在紡織行業(yè)已普遍使用，主要用于清棉、梳棉車間的除塵，空氣含塵濃度與軋花廠的軋花、皮清車間相當(dāng)，但低于籽棉風(fēng)運的含塵濃度，更是遠低于風(fēng)運機采籽棉的含塵濃度。

鼓式除塵器除具備單轉(zhuǎn)籠除塵器的上述優(yōu)點外，還具有體積小、占地面積小的優(yōu)點。

缺點：在新疆地區(qū)風(fēng)運機采籽棉的含塵空氣中，含有較多的較大粒徑粉塵性雜質(zhì)，這些雜質(zhì)單粒質(zhì)量大，不易被長毛絨吸附，會沉降堆積在各層圓籠下部排不出來，使長毛絨堵塞，設(shè)備不能運轉(zhuǎn)。所以，這種除塵器不適合風(fēng)運機采籽棉除塵，多用于軋花、皮清和剝絨除塵，造價稍高。

（六）蜂窩式除塵器

蜂窩式除塵器是二級除塵。一級是不銹鋼絲網(wǎng)圓盤，二級由多個桶狀濾筒密布組成，濾筒內(nèi)表面裹附長毛絨濾料，使得同樣體積內(nèi)濾料面積增加很多，但少于鼓式除塵器。

圖6 蜂窩式除塵器示意圖

蜂窩式除塵器與鼓式除塵器的特點相同，適用場所也相同，同樣被紡織行業(yè)普遍采用。區(qū)別是，蜂窩式除塵器的二級吸嘴傳動機構(gòu)比鼓式除塵器復(fù)雜，多了吸嘴臂的橫向移位，對移位精度要求也高，同時，每個吸嘴還要單獨旋轉(zhuǎn)。而鼓式除塵器的吸嘴自身不旋轉(zhuǎn)，多個吸嘴由吸嘴臂帶動繞各自圓籠上濾料表面做圓周運動。所以，蜂窩式除塵器傳動機構(gòu)復(fù)雜，對制造質(zhì)量要求更高，否則故障率就會高。蜂窩式除塵器更換濾料比鼓式除塵器方便，可同樣不能用于風(fēng)運機采籽棉的除塵。

（七）多轉(zhuǎn)籠除塵器

圖7 多轉(zhuǎn)籠除塵器示意圖（B形式）

多轉(zhuǎn)籠除塵器是二級除塵。一級是不銹鋼絲網(wǎng)圓盤，二級由四個轉(zhuǎn)籠組成，轉(zhuǎn)籠外表面裹附長毛絨濾料，同樣體積內(nèi)濾料面積多于單轉(zhuǎn)籠，但小于蜂窩式除塵器。

某個轉(zhuǎn)籠在轉(zhuǎn)動的同時，被條縫吸嘴清灰并排出機外，轉(zhuǎn)滿一周時，條縫吸嘴轉(zhuǎn)至下一個轉(zhuǎn)籠清灰，如此循環(huán)。

這種除塵器的底部結(jié)構(gòu)有兩種形式。A型式：不帶排雜絞龍，整機直接裝在地面上，由地面把底部密封起來。B型式：帶排雜絞龍，底部由傾斜淌雜板及閉風(fēng)閥密封起來。

當(dāng)為A型式時，用于軋花、皮清和剝絨除塵，而不能用于風(fēng)運機采籽棉除塵，因為沉降在底部的大粒徑粉塵性塵雜無法排出。

當(dāng)為B型式時，是專為風(fēng)運機采籽棉除塵設(shè)計的，沉降在二級底部的大粒徑粉塵性塵雜由絞龍排出機外。

特點與鼓式除塵器基本相同，只是體積較大，因為是條縫吸嘴，所以吸嘴風(fēng)量較大。但傳動簡單，結(jié)構(gòu)也簡單，故障率低，可以用于風(fēng)運機采籽棉除塵，這是目前前幾種除塵器做不到的。由于體積較大，因此，造價高于鼓式除塵器。

三、各種除塵器的主要指標

“濾料面積/每立方米體積”數(shù)值越大，表示除塵設(shè)備體積越小。從表1中可以看出，濾袋及長毛絨濾料除塵效果最好。由于濾袋除塵不是強制清灰，使得濾料單位面積處理風(fēng)量小，只能達到100 m3/m2，需要的塵房體積很大；而長毛絨單位面積處理風(fēng)量可以達到800 m3/m2以上，因此，計算濾袋的“濾料面積/每立方米體積”參數(shù)沒有意義。

降塵室、沙克龍及不銹鋼絲網(wǎng)除塵效果較差，應(yīng)該有更好的除塵技術(shù)替代。

棉花加工除塵技術(shù)的研究方向應(yīng)該是排放濃度＜1.0 mg/m3的除塵形式，并且體積更小，造價更低，可靠性更高，使棉花加工除塵技術(shù)達到紡織業(yè)除塵技術(shù)水平。