脈沖袋式除塵器清灰研究與分析

王玉鑫 宋嘉慧

（1、內(nèi)蒙古平莊能源股份有限公司，內(nèi)蒙古 赤峰024000 2、遼寧工程技術(shù)大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 阜新123000）

為響應(yīng)國家“十三五”規(guī)劃，加大對(duì)粉塵控制力度的要求，不斷優(yōu)化、創(chuàng)新除塵設(shè)備。在工業(yè)生產(chǎn)中大多會(huì)產(chǎn)生粉塵，這些粉塵都會(huì)不同程度影響工業(yè)生產(chǎn)與人體健康。粉塵中的呼吸性粉塵吸入肺部會(huì)使工作人員患?jí)m肺病。對(duì)于塵肺病目前還不存在有效治療手段，且醫(yī)療費(fèi)用高昂。細(xì)顆粒粉塵極易容易發(fā)生爆炸，不僅會(huì)造成人員大量傷亡、設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，還會(huì)造成財(cái)產(chǎn)損失。相較于濕式除塵器需要大量的水資源，干式除塵器使用更加普及，而脈沖袋式除塵器是干式除塵器使用頻率最高的一種。近些年來，隨著化學(xué)工藝的發(fā)展，越來越多的纖維材料被開發(fā)出來，脈沖袋式除塵器的清灰效果也越來越好，應(yīng)用也比之前更加廣泛。

1 脈沖袋式除塵器設(shè)計(jì)研究

脈沖噴吹袋式除塵器清灰效果突出，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間長，自動(dòng)控制，操作方便。相較于濕式除塵器而言，不需要人員手動(dòng)操作，它可以通過自動(dòng)控制的方式進(jìn)行工作，所以脈沖袋式除塵器的成本要比濕式除塵器低很多，可以節(jié)省大量的人工成本。在檢測(cè)維護(hù)方面，脈沖袋式除塵器相對(duì)于濕式除塵器也有較大的優(yōu)勢(shì)，脈沖袋式除塵器在維護(hù)時(shí)不需要停止運(yùn)行生產(chǎn)系統(tǒng)，可大大方便企業(yè)生產(chǎn)。

1.1 脈沖袋式除塵器設(shè)計(jì)原理

脈沖袋式除塵器主要利用壓縮外部空氣在極短的時(shí)間以一個(gè)比較快的速度進(jìn)入濾筒內(nèi)，高速氣流同時(shí)卷吸其周圍的空氣形成一個(gè)強(qiáng)烈的空氣擾動(dòng)沖擊濾筒內(nèi)部，濾筒內(nèi)部的纖維材料受到?jīng)_擊而劇烈震動(dòng)，其表面上的粉塵也隨之抖動(dòng)脫落。脈沖噴吹清灰效果明顯，并且其噴吹強(qiáng)度和頻率都可隨時(shí)改動(dòng)，能夠承受較高的過濾風(fēng)速以及對(duì)應(yīng)的阻力。由此可見，在相同的通風(fēng)情況下，脈沖噴吹的效果優(yōu)于其他方式。

脈沖袋式除塵器最重要的是清灰部分，清灰部分的優(yōu)劣決定脈沖噴吹清灰效率的高低。脈沖袋式除塵器的清灰系統(tǒng)主要由電磁脈沖閥、氣包、噴吹管、噴嘴、脈沖控制儀等構(gòu)成。在一定的脈沖間隔時(shí)間，當(dāng)濾筒的內(nèi)阻達(dá)到上限時(shí)便開始清灰，脈沖控制儀和脈沖閥開啟，氣包內(nèi)的壓縮空氣經(jīng)過脈沖閥、噴射管后，進(jìn)入噴嘴高速噴出，噴射空氣在散射分流器的作用下將周圍的流體引入濾管，使濾管內(nèi)發(fā)生劇烈沖擊從而實(shí)現(xiàn)灰分清潔。

1.2 脈沖袋式除塵器清灰機(jī)理

脈沖袋式除塵器的清灰過程通常都十分短暫，大約在0.1s-0.3s 之間，壓縮空氣的壓力一般在0.2MPa-0.7MPa 之間，其四周氣流流場(chǎng)復(fù)雜多變，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)脈沖袋式除塵器的清灰機(jī)理還沒有一個(gè)大家都能認(rèn)同的理論。慣性理論支持者認(rèn)為氣流在高壓下立即進(jìn)入濾袋內(nèi)，在濾袋自身的彈力作用下，在短時(shí)間內(nèi)連續(xù)不斷地劇烈振動(dòng)，獲得最大的反向加速度，并使其掉落。

脈沖袋式除塵器的清灰主要是確定噴吹周期和噴吹時(shí)間，是否停風(fēng)噴吹。噴吹周期的長短由眾多因素確定，例如噴吹氣流的速度、周圍粉塵濃度的大小以及除塵器運(yùn)行時(shí)受到的阻力等，其關(guān)系如表1 所示。脈沖袋式除塵器清灰時(shí)先將停風(fēng)閥關(guān)閉，使含塵氣流先不能進(jìn)入箱體，然后再將其所屬各脈沖閥依次開啟，進(jìn)行噴吹清灰。上箱體的各凈氣通道由互補(bǔ)腔聯(lián)接，它呈箱形結(jié)構(gòu)，中間是空腔，帶有與凈氣通道聯(lián)接的引射器和與脈沖閥聯(lián)接的噴吹出口，能從不處于噴吹狀態(tài)的凈氣通道引射二次氣流，以增強(qiáng)清灰效果。

表1 噴吹周期與過濾風(fēng)速及入口粉塵質(zhì)量濃度的相互關(guān)系

2 各因素影響清灰效果實(shí)驗(yàn)

為了提高脈沖袋式除塵器清灰效率，需要對(duì)能夠影響清灰效率的因素進(jìn)行分析，本文通過實(shí)驗(yàn)對(duì)散射器、噴吹壓力、噴吹距離等對(duì)清灰效果的影響進(jìn)行分析改進(jìn)。

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

首先搭建一個(gè)脈沖噴吹清灰的實(shí)驗(yàn)臺(tái)。脈沖閥通常有4 種形式，分別為淹沒式、直通式、直角式、直角速連式。本次實(shí)驗(yàn)使用直角式電磁脈沖閥，其氣流入口與氣流出口之間為90°，主要分為三部分，分別為膜片、電磁導(dǎo)頭、閥門箱體。脈沖噴吹控制儀輸出電信號(hào)控制電磁脈沖閥的閉合，決定是否使高速氣流進(jìn)入濾筒內(nèi)部進(jìn)行清灰，保證整個(gè)系統(tǒng)是否能夠平穩(wěn)的進(jìn)行。脈沖噴吹控制儀發(fā)出一個(gè)連續(xù)電信號(hào)的時(shí)間被稱為脈沖寬度。本實(shí)驗(yàn)脈沖噴吹控制儀采用QYJ 型無觸點(diǎn)脈沖控制儀。氣包安裝在電磁脈沖閥的下部，氣包底部安裝排污閥門，并定期的把裝置內(nèi)的油污、粉塵等雜質(zhì)排出，提高設(shè)備的運(yùn)行效率。依據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行噴吹時(shí)氣包內(nèi)必須留有一定的氣體，不得低于原來壓力的30%。本實(shí)驗(yàn)采用長1m 的噴吹管，管徑為23mm，噴吹孔徑為20mm，噴吹孔下安裝誘導(dǎo)噴嘴。本實(shí)驗(yàn)主要采用圓形濾筒，長800mm，內(nèi)徑為200mm，外徑為300mm。將濾筒側(cè)壁壓力峰值作為分析清灰作用的參考數(shù)據(jù)，使用壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集器采集數(shù)據(jù)，并連接電腦記錄分析數(shù)據(jù)。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

此實(shí)驗(yàn)分為五部分，改變噴吹距離、噴吹壓力、有無散射器等比較清灰效率，分析它們的變化對(duì)脈沖袋式除塵器清灰的影響。

首先安裝噴吹管，使噴吹管保持水平。然后安裝濾筒，確保噴吹管內(nèi)的氣流能夠正對(duì)進(jìn)入濾筒內(nèi)。接著連接壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集器，確定噴吹距離與散射器高度。之后開啟空壓機(jī)、冷干機(jī)為系統(tǒng)供氣，調(diào)節(jié)氣包壓力。最后開啟數(shù)據(jù)采集器與電磁脈沖閥進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄濾筒側(cè)壁各測(cè)點(diǎn)壓力數(shù)值。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為研究方便，在濾筒側(cè)壁方向取4 個(gè)測(cè)點(diǎn)，從測(cè)點(diǎn)1 到測(cè)點(diǎn)4 分別距離濾筒頂部為100mm、300mm、500mm、700mm。將QYJ型無觸點(diǎn)脈沖控制儀的脈沖寬度設(shè)定為80ms，選定噴吹管的管徑為23mm，噴吹孔徑為20mm。

為探究安不安裝散射器對(duì)脈沖清灰的影響，設(shè)定噴吹距離為160mm，噴吹壓力為0.5MPa，濾筒側(cè)壁壓力峰值如表2 所示。從圖表中可以明顯的看出，有散射器時(shí)濾筒側(cè)壁壓力峰值變化較平穩(wěn)，而沒有散射器時(shí)濾筒側(cè)壁壓力變化起伏較大，說明安裝散射器有助于脈沖袋式除塵器的清灰。

表2 有無散射器時(shí)壓力峰值

為探究噴吹壓力對(duì)脈沖清灰的影響，在安裝散射器的情況下，設(shè)定噴吹距離為160mm，通過調(diào)節(jié)氣包來改變噴吹壓力，將噴吹壓力變?yōu)?.3MPa、0.4MPa、0.5MPa，觀察比較不同壓力下濾筒側(cè)壁壓力峰值的變化。通過采集數(shù)據(jù)得到濾筒側(cè)壁壓力峰值數(shù)據(jù)如表3 所示。從表3 中可以明顯的觀察到，當(dāng)噴吹壓力從0.3MPa 提高到0.5MPa，濾筒側(cè)壁壓力峰值均明顯增加，增幅為200Pa 左右。表明提高噴吹壓力能夠有效的增強(qiáng)脈沖袋式除塵器的除塵效率。這是因?yàn)閲姶祲毫υ酱?，進(jìn)入濾筒內(nèi)的氣流沖擊也越大，濾筒上的固體顆粒也更加容易離開纖維表面。

表3 不同噴吹壓力時(shí)濾筒側(cè)壁壓力峰值

為探究噴吹距離遠(yuǎn)近對(duì)脈沖清灰的影響，在安裝散射器的情況下，設(shè)定噴吹壓力為0.5MPa，將噴吹距離變?yōu)?40mm、160mm、180mm，觀察比較不同噴吹距離下濾筒側(cè)壁壓力峰值的變化。通過采集數(shù)據(jù)得到濾筒側(cè)壁壓力峰值數(shù)據(jù)如表4 所示。從圖表中可以明顯的看出，隨著噴吹距離的增加，濾筒側(cè)壁壓力峰值的變化起伏越來越平穩(wěn)，濾筒側(cè)壁壓力峰值的數(shù)值也明顯降低，表明噴吹距離越大，對(duì)脈沖袋式除塵器清灰效果影響越小，這是因?yàn)閲姶稻嚯x越大，噴吹氣流在到達(dá)濾筒的過程中損失也越大，對(duì)濾筒側(cè)壁壓力峰值的影響越小。

表4 不同噴吹距離時(shí)濾筒側(cè)壁壓力峰值

3 結(jié)論

隨著國家對(duì)環(huán)保問題和安全問題的重視，粉塵污染問題越來越得到重視，各種除塵設(shè)備也越來越優(yōu)化。脈沖袋式除塵器憑借性價(jià)比高、除塵效果好越來越受到企業(yè)的青睞。脈沖袋式除塵器最關(guān)鍵的技術(shù)便是清灰，提高脈沖袋式除塵器清灰技術(shù)成為研究發(fā)展的重點(diǎn)。本文通過實(shí)驗(yàn)研究分析了散射器、噴吹壓力與噴吹距離對(duì)脈沖袋式除塵器清灰的影響，僅希望此研究內(nèi)容可以為以后的脈沖袋式除塵器的發(fā)展優(yōu)化提供一定的理論基礎(chǔ)。