布袋除塵器脈沖閥的分類(lèi)與選擇

張占軍

(中國(guó)鋁業(yè)青海分公司， 青海 西寧 810108)

0 前言

布袋除塵器的脈沖閥是指受電磁動(dòng)力裝置控制的氣壓動(dòng)力原件。它能在帶電瞬間開(kāi)啟高壓氣源，并能使除塵器產(chǎn)生瞬間的高壓脈沖。脈沖閥是布袋除塵器進(jìn)行布袋清灰的常用裝置。布袋除塵器的清灰方式按照工作方式不同進(jìn)行區(qū)分。它可以分為機(jī)械振動(dòng)式、脈沖振動(dòng)式和逆氣流式三種。機(jī)械振動(dòng)式清灰方式清理效果好、性能穩(wěn)定，但布袋容易受機(jī)械力的作用產(chǎn)生布袋磨損和破損。該類(lèi)設(shè)備的后期維護(hù)和修復(fù)工作較頻繁。脈沖振動(dòng)式清灰方式可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)清灰。同時(shí)，機(jī)械磨損較少。日常使用的除塵設(shè)備普遍采用這種清灰方式。逆氣流清灰結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)械損傷較小。但這種清灰方式較多使用在粉塵粘性小及使用玻璃型布袋的場(chǎng)合。除塵設(shè)備可以根據(jù)清理方式和技術(shù)能力的不同選擇清灰方式。下文對(duì)脈沖閥分類(lèi)及性能等進(jìn)行闡述。

1 脈沖式布袋除塵器脈沖閥的分類(lèi)

1.1 布袋除塵器脈沖閥的分類(lèi)

布袋脈沖閥的動(dòng)力源一般為電磁吸力。按照布袋除塵器電磁脈沖閥壓縮風(fēng)的輸入端和輸出端的安裝結(jié)構(gòu)不同分為直角式脈沖閥、淹沒(méi)式脈沖閥和直通式脈沖閥三類(lèi)，其工作條件首先是電磁脈沖閥工作介質(zhì)為0.2～0.6 MPa的壓縮空氣。其次脈沖閥需要按照廠家的要求選擇合適的噴吹持續(xù)時(shí)間。通常情況下，脈沖閥的噴吹時(shí)間設(shè)定在0.1～0.2 s。最后，脈沖閥的脈沖周期。脈沖產(chǎn)生的沖擊波使收塵布袋產(chǎn)生從端口至端尾的脈沖振動(dòng)。這種作用力將附著在布袋外表面的粉塵全部脫離開(kāi)來(lái)。脈沖式除塵器的脈沖閥進(jìn)行一次清灰噴吹的過(guò)程叫一個(gè)脈沖。脈沖裝置從第一個(gè)脈沖到最后一個(gè)脈沖的時(shí)間被稱為脈沖周期，通常情況下脈沖間隔周期設(shè)定在60 s以內(nèi)。

直通式脈沖閥輸入端和輸出端夾角呈0°。由于這種結(jié)構(gòu)使用較少此處不再闡述。直角式脈沖閥壓縮風(fēng)輸入端與輸出端之間的夾角呈90°，直角式脈沖閥的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。淹沒(méi)式脈沖閥壓縮風(fēng)的輸入端與輸出端之間的夾角為180°(輸入和輸出為重合狀態(tài))，淹沒(méi)式脈沖閥的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

1.2 布袋除塵器脈沖閥的工作原理

布袋除塵器脈沖閥最低工作壓差在0.04 MPa以上時(shí)電磁脈沖閥使用先導(dǎo)式脈沖閥；當(dāng)工作壓力低于0.4 MPa以下時(shí)可以選用直動(dòng)式或分步直接式脈沖閥(此種脈沖閥使用情況較少)[1]。國(guó)產(chǎn)脈沖閥的工作壓力是0.1～0.8 MPa(通過(guò)使用效果看，建議將脈沖閥的使用壓力設(shè)置為0.3～0.4 MPa之間即可)。脈沖閥的輸入端和輸出端之間除布置位置不同外，其它內(nèi)部工作原理和結(jié)構(gòu)均基本相同。下文以間接式直角式脈沖閥為例進(jìn)行介紹。

1.電磁線圈 2.卸荷孔 3.小膜片 4.膜片后腔 5.大膜片 6.膜片前腔圖1 直角式布袋除塵器脈沖閥結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)壓縮風(fēng)在接通狀態(tài)時(shí)脈沖閥的大小膜片的后腔的受力面積和作用力均大于前腔，后腔氣體壓緊作用力也大于前腔，使得脈沖閥的大小膜片處于閉合狀態(tài)。當(dāng)脈沖控制儀輸入電磁信號(hào)時(shí)脈沖閥帶電，先導(dǎo)閥的柱狀銜鐵因?yàn)殡姶帕Φ淖饔孟蛏戏揭苿?dòng)。電磁閥首先將先導(dǎo)脈沖閥的卸荷孔在打開(kāi)狀態(tài)。卸荷孔常開(kāi)將先導(dǎo)脈沖閥的小膜片后腔壓縮空氣直接排出設(shè)備。膜片后腔的風(fēng)壓迅速降低使小膜片保持關(guān)閉狀態(tài)的作用力迅速小于直到最后處于打開(kāi)狀態(tài)。小膜片的動(dòng)作將大膜片處的卸荷孔和后腔接通。大膜片的后腔壓縮空氣的壓力迅速降低，促使大膜片保持關(guān)閉的作用力迅速變小。當(dāng)這個(gè)作用力持續(xù)變小至大膜片向上移動(dòng)時(shí)，脈沖閥的壓縮空氣進(jìn)口和噴吹口瞬間就形成了開(kāi)啟接通狀態(tài)。高壓的壓縮空氣瞬間通過(guò)噴吹口進(jìn)入布袋內(nèi)部，壓縮空氣瞬間膨脹的體積和作用力從布袋端口至端部移動(dòng)完成布袋的脈沖振動(dòng)清灰工作。

當(dāng)電磁脈沖閥脈沖控制儀輸入電磁類(lèi)信號(hào)消失后脈沖閥恢復(fù)到關(guān)閉狀態(tài)。首先，由于失電的原因電磁先導(dǎo)頭的復(fù)位彈簧帶動(dòng)電磁銜鐵復(fù)位。銜鐵會(huì)使卸荷孔關(guān)閉。其次，由于先導(dǎo)脈沖閥的小膜片后腔內(nèi)從阻尼孔進(jìn)入的壓縮空氣壓力不斷提高，在氣體壓力和復(fù)位彈簧的聯(lián)合作用力下小膜片會(huì)恢復(fù)到原有的關(guān)閉狀態(tài)。最后，脈沖閥的小膜片復(fù)位后將主脈沖閥的卸荷孔關(guān)閉。主脈沖閥阻尼孔進(jìn)入的壓縮風(fēng)壓力會(huì)不斷的提升。當(dāng)大膜片后腔壓力增加到關(guān)閉的作用力大于開(kāi)啟的作用力時(shí)，大膜片就瞬間從開(kāi)啟狀態(tài)恢復(fù)到脈沖閥關(guān)閉狀態(tài)。

淹沒(méi)式脈沖閥的工作原理與直角式脈沖閥相同。由于淹沒(méi)式脈沖閥的結(jié)構(gòu)形式不同，在使用過(guò)程中減少了通過(guò)脈沖閥的壓力損失。這種結(jié)構(gòu)降低了除塵器對(duì)氣源噴吹壓力的要求。所以淹沒(méi)式脈沖閥更適合壓力較低的場(chǎng)合。另一方面，淹沒(méi)式脈沖閥也能降低能源消耗并延長(zhǎng)脈沖閥膜片的使用壽命[2]?，F(xiàn)在新使用的脈沖閥廠家往往更加喜歡使用淹沒(méi)式脈沖閥，這一方面也是一個(gè)重要原因。對(duì)淹沒(méi)式脈沖閥的工作原理不在闡述，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示。

1.電磁線圈 2.卸荷孔 3.小膜片 4.膜片后腔 5.大膜片 6.膜片前腔圖2 淹沒(méi)式布袋除塵器脈沖閥結(jié)構(gòu)圖

2 布袋除塵器脈沖閥的關(guān)鍵性能參數(shù)

布袋除塵器脈沖閥性能判定標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)廠家和國(guó)內(nèi)外的不同而不同。但是脈沖閥的主要性能數(shù)據(jù)還可以參照以下性能參數(shù)進(jìn)行比較。這些性能參數(shù)可以反應(yīng)一個(gè)脈沖閥的優(yōu)劣。

2.1 流通系數(shù)

它是衡量電磁脈沖閥性能參數(shù)的重要參數(shù)。生產(chǎn)電磁脈沖閥的廠家一般會(huì)在產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中列出相關(guān)產(chǎn)品的通流系數(shù)。該數(shù)值越高，說(shuō)明電磁脈沖閥的流通能力越好。同時(shí)，也說(shuō)明在同等噴吹條件下，除塵器的清灰效果也越好[3]。為了增強(qiáng)對(duì)國(guó)外電磁脈沖閥的認(rèn)識(shí)，以通徑25 mm的脈沖閥為樣本列舉了流通系數(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù),如表1所示。

表1 國(guó)外名牌脈沖閥流通系數(shù)[以1″(25 mm)口徑為基準(zhǔn)]

另外，上海袋式除塵配件有限公司各個(gè)尺寸的流通系數(shù)參數(shù)，如表2所示。

通過(guò)以上對(duì)比可以看出：國(guó)外各個(gè)品牌的電磁脈沖閥的流通性能也不一致，國(guó)內(nèi)相同通徑的流通性能較國(guó)外有明顯的提升。所以在單一的流通性能可優(yōu)先考慮國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)廠家的產(chǎn)品。如果維護(hù)保養(yǎng)及技術(shù)支持方面能得到保證，那么國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的性價(jià)比更高。

2.2 噴吹壓力

噴吹壓力越大，引導(dǎo)的二次氣流越多。脈沖閥形成的壓縮風(fēng)流速會(huì)越大，布袋除塵器的清灰效果也就會(huì)越好。布袋除塵器布袋內(nèi)壓縮風(fēng)的壓降也會(huì)明顯下降。如果脈沖閥的噴吹壓力值越高，那么布袋除塵器的清灰處理能力也會(huì)越大。但是，除塵器脈沖閥的噴吹壓力過(guò)高，布袋的過(guò)濾面積較小時(shí)就會(huì)出現(xiàn)除塵器過(guò)度清灰的現(xiàn)象[4]。在使用過(guò)程中曾多次出現(xiàn)噴吹壓力過(guò)高導(dǎo)致除塵器 "冒灰”的故障。因此，噴吹壓力過(guò)低或者過(guò)高都會(huì)影響除塵效果，一般脈沖閥的壓力設(shè)置在0.4 MPa左右。

表2 ABOUT US公司淹沒(méi)式和直角式脈沖閥流通系數(shù)對(duì)比

2.3 噴吹時(shí)間(開(kāi)關(guān)特性)

脈沖除塵器脈沖閥的噴吹時(shí)間越長(zhǎng)，布袋除塵器的清灰效果也會(huì)越明顯。同時(shí)，脈沖閥噴入布袋內(nèi)部的壓縮空氣的風(fēng)量也會(huì)越多。但是除塵器的噴吹時(shí)間如果增加到一定值后由于除塵集風(fēng)箱內(nèi)風(fēng)量等的原因，除塵器清灰效果的提升就會(huì)變得不再明顯。此觀點(diǎn)可以由圖3的反應(yīng)信息進(jìn)行驗(yàn)證。因此，通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖閥的噴吹時(shí)間等參數(shù)一方面由于參數(shù)限定比較困難，另外方面也會(huì)降低除塵器布袋內(nèi)部壓縮風(fēng)的壓降。一般情況下，布袋式除塵器脈沖閥的噴吹時(shí)間設(shè)定在0.1～0.2 s之間。噴吹時(shí)間對(duì)布袋內(nèi)壓力平均值的影響如圖4所示[5]。

圖3 噴吹時(shí)間與壓降關(guān)系

圖4 袋內(nèi)壓力平均值與噴吹時(shí)間關(guān)系

2.4 噴吹周期(也稱為脈沖周期)

脈沖周期的長(zhǎng)短直接影響到除塵器布袋內(nèi)部的壓縮風(fēng)壓降。在不影響除塵器正常使用的條件下應(yīng)盡量將脈沖閥的脈沖周期時(shí)間延長(zhǎng)。這樣不僅減少壓縮空氣的消耗量，還可延長(zhǎng)脈沖閥膜片和布袋的使用壽命。一段時(shí)間內(nèi)附著在除塵布袋上的粉塵不會(huì)積累太多，清灰周期也不需過(guò)于頻繁。另外，噴吹周期的長(zhǎng)短還影響空壓機(jī)的耗電量。如脈沖閥的噴吹周期比較短，那么對(duì)壓縮空氣的消耗量也會(huì)增加。這樣壓縮空氣的需求量也變多，空壓機(jī)的電耗也會(huì)增多。反之則會(huì)降低空壓機(jī)的耗電量。另外，微細(xì)、黏附性大的粉塵需縮短脈沖閥的噴吹周期，粗大、干燥的粉塵可適當(dāng)延長(zhǎng)脈沖閥的噴吹周期。一般情況下脈沖閥的噴吹周期設(shè)定在60 s左右即可。

2.5 膜片使用壽命

按照電磁脈沖閥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求將電磁閥直接接入0.6 MPa的壓縮空氣，輸入相應(yīng)要求的脈沖信號(hào)，對(duì)輸入的電信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)。電磁脈沖閥能夠連續(xù)不斷或間斷累計(jì)產(chǎn)生噴吹的數(shù)值達(dá)到100萬(wàn)次時(shí)脈沖閥的大小膜片無(wú)破損使用的時(shí)間稱為膜片使用壽命。有些脈沖閥廠家也會(huì)將脈沖閥的使用壽命標(biāo)準(zhǔn)直接設(shè)定為5年。膜片作為電磁脈沖閥的易損件，它的使用材制為丁晴橡膠。膜片的使用壽命也反應(yīng)該產(chǎn)品性能優(yōu)劣的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。

2.6 壓縮空氣消耗量

壓縮空氣消耗量主要限制的因素比較多，但主要包括噴吹壓力、噴吹周期、噴吹時(shí)間、結(jié)構(gòu)類(lèi)型及通經(jīng)等因素。圖5為噴吹壓力條件下噴吹時(shí)間和脈沖閥耗氣量的關(guān)系[5]。

圖5 噴吹時(shí)間和耗氣量的關(guān)系

除上述關(guān)鍵指標(biāo)外，電磁脈沖閥的指標(biāo)還包括開(kāi)啟電壓、關(guān)閉能力、耐壓性能、絕緣性能及溫濕度性能等。這些指標(biāo)共同決定了電磁脈沖閥的綜合性能。

3 布袋式除塵器脈沖閥的選擇

作為脈沖閥的使用者，國(guó)內(nèi)外各電磁脈沖閥廠家的產(chǎn)品因?yàn)樾阅軈?shù)、質(zhì)量等原因參差不齊，使用性的差距也較大。從工程實(shí)際角度出發(fā)，除電磁脈沖閥具備的性能指標(biāo)以外，使用者還需對(duì)比脈沖閥生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量、后期服務(wù)能力和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試來(lái)選擇自身所需產(chǎn)品。根據(jù)目前除塵器更新的結(jié)果發(fā)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)脈沖閥的使用性能和使用案例在不斷增加。

布袋式除塵器脈沖閥選用方法：(1)查看生產(chǎn)脈沖閥廠家的信譽(yù)保證和服務(wù)能力。最好根據(jù)已有工程的實(shí)踐性能選擇性價(jià)比高的脈沖閥。這一方法可提供可信性高的參考，另外使用相同的產(chǎn)品可以增加備件替代性和產(chǎn)品供應(yīng)方面的便利。這對(duì)設(shè)計(jì)單位和使用單位而言都是利好的。(2)查看產(chǎn)品外觀。一般情況下電磁脈沖閥的閥體材質(zhì)為鋁合金，先導(dǎo)組件的材質(zhì)為430FR不銹鋼，緊固件的材質(zhì)為302不銹鋼。脈沖閥是在特殊環(huán)境條件下使用的產(chǎn)品，要求其表面必須經(jīng)過(guò)防腐處理，另外表面還應(yīng)無(wú)毛刺和裂紋。標(biāo)牌上的文字保證清晰，外觀質(zhì)量是一個(gè)直觀反映產(chǎn)品質(zhì)量的因素。(3)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程的實(shí)際條件及脈沖閥的安裝環(huán)境不同決定選用脈沖閥的使用防護(hù)等級(jí)。一般場(chǎng)所脈沖閥的防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP64級(jí)(防塵等級(jí)6：柜體內(nèi)在20毫巴的低壓時(shí)不應(yīng)進(jìn)入灰塵；防水等級(jí)4：它表示從每個(gè)方向噴水時(shí)不應(yīng)引起損害的要求)即可滿足防護(hù)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)在布袋除塵器已經(jīng)在有色、鋼鐵、建材、電力、化工、垃圾焚燒等行業(yè)廣泛的應(yīng)用。除塵設(shè)計(jì)人員需要通過(guò)科學(xué)合理的設(shè)計(jì)和參考以往成功案例來(lái)綜合選擇適合自己的布袋除塵器。