關(guān)于回轉(zhuǎn)反吹布袋除塵器濾袋內(nèi)反吹流場(chǎng)的研究

何愛玲 王尚元

摘 要：回轉(zhuǎn)反吹布袋除塵器具有結(jié)構(gòu)緊湊，圓形外殼物理性能好，單位空間過濾面積大，進(jìn)口參照旋風(fēng)除塵器流形設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。因此在工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。但是存在著清灰效果差且不均勻的缺點(diǎn)。為了解決上述問題，我們將研究濾袋內(nèi)反吹流場(chǎng)的運(yùn)行規(guī)律，為提高清灰效果提供理論及實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：布袋除塵器;流場(chǎng);濾袋

中圖分類號(hào)：X701.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）03-0069-02

1 回轉(zhuǎn)反吹風(fēng)袋式除塵器的工作原理

回轉(zhuǎn)反吹布袋除塵器是上世紀(jì)60年代由歐、美、日等西方國(guó)家新開發(fā)的一種新型布袋除塵器。1963年由日本首先研制成功。與此同時(shí)美國(guó)PN公司推出PN系列回轉(zhuǎn)反吹圓袋式除塵器。我國(guó)于1976年開始著手開發(fā)回轉(zhuǎn)反吹扁袋除塵器。1979年開始回轉(zhuǎn)反吹圓袋式除塵器系列化設(shè)計(jì)，現(xiàn)有LMF、LDB等多個(gè)系列。

回轉(zhuǎn)反吹布袋除塵器自問世以來，以其空間利用率高，無動(dòng)力清灰，抗破損性能好，易維修等優(yōu)點(diǎn)，迅速成為上世紀(jì)60-70年代袋式除塵器的首選設(shè)備。但是機(jī)械回轉(zhuǎn)反吹布袋除塵器的性能及結(jié)構(gòu)缺陷逐步放大：反吹動(dòng)能不足，清灰效果差等成為制約其發(fā)展主要因素。除塵領(lǐng)域業(yè)相關(guān)人員雖采用新技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，但因?yàn)槲瓷婕暗礁攫蠹捕传@的廣泛推廣應(yīng)用。

回轉(zhuǎn)反吹布袋除塵器外體為圓柱形，受壓抗破損性能好，進(jìn)口參照旋風(fēng)除塵器進(jìn)口設(shè)計(jì)，具有預(yù)除塵功效，濾袋采用梯形截面（或長(zhǎng)方形、長(zhǎng)孔形）安裝在不同的半徑上，布置緊湊。該除塵器過濾面積參數(shù)一般為12m2/m3，是幾種布袋除塵器中最高的。因此用鋼量低，平均在20kg/m2～30kg/m2。

回轉(zhuǎn)反吹布袋除塵器多為采外濾式，采用分層反吹方式。反吹風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓一般控制在4000Pa左右，屬于高壓反吹清灰方式，效能介于脈沖清灰和反吹風(fēng)之間，不需要高壓壓縮空氣。

圖1所示的是PN型回轉(zhuǎn)反吹布袋除塵器，主要由下花板、底座、卸灰裝置、殼體、濾袋、保溫層、回轉(zhuǎn)反吹裝置等部件組成。是由一個(gè)負(fù)責(zé)預(yù)處理的旋風(fēng)筒和一個(gè)高效的布袋除塵器組成的復(fù)合式除塵器，當(dāng)含塵氣體經(jīng)上部入口沿切線方向進(jìn)入殼體的上部空間時(shí)，粒徑大的顆粒首先分離出去，沿筒體內(nèi)壁進(jìn)入灰斗，顆粒小的顆粒穿過濾袋后粉塵被捕集下來，凈化后的潔凈氣體通過上部氣室排空。氣體中的粉塵顆粒被濾袋捕獲在外表面，通過反吹裝置處理后達(dá)到除塵凈化的目的。

2 濾袋內(nèi)反吹流場(chǎng)的理論研究

2.1 反吹風(fēng)速理論分布

圖2為機(jī)械回轉(zhuǎn)反吹布袋除塵器反吹清灰時(shí)濾袋內(nèi)氣流流動(dòng)的示意圖，圖中取沿濾袋豎向方向定為x軸，原點(diǎn)在袋口中心處，反吹氣流通過袋口進(jìn)入濾袋，反吹風(fēng)量為Q1，濾袋長(zhǎng)度為H，初始軸向流速為v1，橫向?yàn)V速為u1。

對(duì)距濾袋x位置處，長(zhǎng)度為dx，直徑為D的單元體能量方程如下：

式中vx——距袋口x長(zhǎng)度位置處反吹氣流縱向流速，m/s;

Px——距袋口x長(zhǎng)度位置氣體壓力，Pa;

ρ——?dú)怏w密度，kg/m3;

λ——濾袋中的沿程阻力系數(shù);

D——濾袋直徑，m。

對(duì)上式可以整理得：

即為濾袋在沿程有損失的情況下的能量微分方程。

袋式除塵器在反吹清灰時(shí)反吹氣體進(jìn)入濾袋后，距袋口x位置處的全壓作用在濾袋上，從而克服粉塵層阻力將粉塵從濾袋表面上剝離。

則：

用整個(gè)過程的平均橫向過濾速度替代某點(diǎn)處的過濾速度并積分得：

反吹風(fēng)壓力沿濾袋長(zhǎng)分布為：

2.2 軸向風(fēng)速理論分布

實(shí)驗(yàn)過程中橫向風(fēng)速ux很難實(shí)測(cè)，為了比較理論模型與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的一致性，有必要將橫向風(fēng)速轉(zhuǎn)化為軸向風(fēng)速。

由圖2可知：袋式除塵器反吹清灰時(shí)距濾袋口x長(zhǎng)度處的流量與x處以下氣體的流出量相等，即微單元體上氣體連續(xù)性方程：

式中Qx——距濾袋口x長(zhǎng)度處氣體的流量，m3/s;

ux——距濾袋口x長(zhǎng)度處反吹氣流橫向?yàn)V速，m/s。

整理可得：

最后得到軸向流速沿袋長(zhǎng)分布，如下式所示：

如果已知粉塵負(fù)荷m、濾袋長(zhǎng)度H、濾袋直徑D、反吹風(fēng)量Q1及袋內(nèi)外壓力差P1、粉塵的阻力系數(shù)C2，則只要再確定出阻力系數(shù)λ的值就可以確定濾袋反吹清灰時(shí)軸向流場(chǎng)分布。

2.3 濾袋長(zhǎng)徑比及不均勻系數(shù)

由此可見：對(duì)于反吹清灰的濾袋內(nèi)，反吹分速分布的均勻性跟濾袋口與濾袋底部氣流對(duì)粉塵的剝離力影響不大，因此可以保證濾袋整體良好的清灰效果。

理論計(jì)算結(jié)果表明：反吹風(fēng)速的均勻程度與濾袋的長(zhǎng)度、直徑、粉塵的負(fù)荷情況及反吹風(fēng)量等有關(guān)。我們可以得到如下結(jié)論：最小反吹氣流的速度出現(xiàn)在濾袋末端處，即uL位置處;濾袋最大反吹氣流的速度出現(xiàn)在濾袋入口處，即u1位置處。通常認(rèn)為反吹氣流的速度沿濾袋縱向方向變化率在5%范圍內(nèi)時(shí)清灰效果最好。如果變化率超過5%，則在濾袋口處容易清灰過大，而濾袋末端還沒有清灰，整體清灰效果不佳。

從反吹風(fēng)軸向流場(chǎng)的理論值與實(shí)驗(yàn)值的比較可知：合適的阻力系數(shù)λ可以使不同入口風(fēng)量、不同粉塵負(fù)荷下的軸向流場(chǎng)的理論與實(shí)驗(yàn)果較好的吻合。因此可以說明：該理論推導(dǎo)出的ux表達(dá)式可以較好的描述橫向風(fēng)速沿濾袋長(zhǎng)度方向的變化規(guī)律;該理論可以準(zhǔn)確描述袋式除塵器反吹風(fēng)清灰氣流的軸向流場(chǎng)分布規(guī)律。

2.4 反吹風(fēng)速分布

上述理論研究結(jié)果顯示：揭示出了反吹風(fēng)軸向流速與反吹風(fēng)速之間的關(guān)系。因此利用已知的軸向流場(chǎng)分布，可以推到出徑向風(fēng)速分布即反吹風(fēng)速的分布。

實(shí)驗(yàn)中軸向流速的實(shí)測(cè)結(jié)果已經(jīng)證實(shí)軸向風(fēng)速分布理論模型比較準(zhǔn)確。因此可以通過軸向風(fēng)速分布理論計(jì)算式得到徑向風(fēng)速即反吹風(fēng)速沿袋長(zhǎng)的分布情況。通過不同粉塵在不同風(fēng)量工況下的反吹清灰濾袋內(nèi)反吹風(fēng)氣流沿袋長(zhǎng)分布數(shù)據(jù)而形成的曲線圖可以看出：粉塵負(fù)荷低，反吹風(fēng)量大時(shí)，反吹風(fēng)氣流分布呈不均勻狀態(tài)，袋口上半部分下降很快，并隨距袋口距離的增加逐漸平緩。粉塵負(fù)荷越大，軸向風(fēng)速越則趨于直線，反吹風(fēng)速沿袋長(zhǎng)分布也越來越均勻。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）濾袋氣流的平均阻力系數(shù)可以看作沿程平均阻力系數(shù)和局部平均阻力系數(shù)的累加。氣流向?yàn)V袋末端流動(dòng)過程存在著沿程阻力損失，而在流動(dòng)過程中的不斷外漏可以看成是局部阻力。

（2）局部平均阻力系數(shù)主要與粉塵負(fù)荷情況有關(guān)，粉塵負(fù)荷大于2.1kg/m2時(shí)，局部平均阻力系數(shù)基本維持不變。

（3）袋式除塵器反吹清灰過程的橫向反吹風(fēng)速實(shí)驗(yàn)測(cè)定存在困難，但是根據(jù)理論推導(dǎo)得到的軸向風(fēng)速與反吹風(fēng)速的關(guān)系。可以通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定出軸向風(fēng)速的分布推導(dǎo)出出反吹風(fēng)速分布。