布袋除塵器設(shè)計選型中的幾個關(guān)鍵影響因素

李小強

（四川省冶金設(shè)計研究院，四川成都 610042）

目前市場上除塵器種類眾多，但布袋除塵器因其較高的除塵效率而被廣泛應(yīng)用。特別是在鋼鐵冶金、有色金屬冶煉等行業(yè)的應(yīng)用［1-3］。除此之外還有一些原本沒有使用布袋除塵器的工廠也逐漸將除塵設(shè)備改為布袋除塵器，如發(fā)電廠、燃煤工業(yè)以及垃圾焚燒廠等。其主要的原因是目前國家和地方都陸續(xù)出臺了超低排放標(biāo)準(zhǔn)。而布袋除塵器能使粉塵的出口濃度降低至10mg/Nm3以內(nèi)，滿足超低排放的要求。所以布袋除塵器的應(yīng)用前景和發(fā)展形勢是非常好的［1,2,4,5］。本文結(jié)合本人多年工作實踐，從設(shè)計的角度，對布袋除塵系統(tǒng)設(shè)計選型中涉及到的幾個關(guān)鍵因素,作相關(guān)探討。

1 過濾風(fēng)速的選擇

在除塵器除塵過程中，過濾風(fēng)速是影響除塵效率和除塵質(zhì)量的重要因素之一。工程上應(yīng)用的布袋除塵器主要有脈沖布袋除塵器和反吹布袋除塵器兩類。脈沖袋式除塵器因其在清灰效果好、過濾風(fēng)速大、設(shè)備體積小等方面的優(yōu)勢而獲得了大量的應(yīng)用。目前國產(chǎn)布袋除塵器樣本中推薦的過濾風(fēng)速取值范圍普遍較大，為了使布袋除塵器達(dá)到更好的除塵效果，多數(shù)設(shè)計者所選定的過濾風(fēng)速往往低于產(chǎn)品的推薦風(fēng)速，過濾風(fēng)速越低，除塵效果越好，但是一味地降低過濾風(fēng)速會在一定程度上增加設(shè)備投資成本，擴大設(shè)備占地面積，經(jīng)濟(jì)上是不合理的。

袋式除塵器的過濾風(fēng)速可以通過分析清灰方式、含塵氣體的初始濃度、濾料種類、粉塵性質(zhì)來確定。在國內(nèi)，布袋除塵器的濾布種類和清灰方式的選擇性不多，因此其濾布種類和清灰方式的確定就比較容易。而含塵氣體的初始濃度則需要通過相應(yīng)的測試手段獲得，也可以設(shè)計者的經(jīng)驗來衡算或估量。因此通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析及計算的方法容易獲得合理的過濾風(fēng)速。

總之，在確定袋式除塵器的過濾風(fēng)速時，不可為了獲得更好的除塵效果以及降低除塵器過濾阻力而盲目的調(diào)低過濾風(fēng)速，應(yīng)當(dāng)在了解粉塵的相關(guān)性質(zhì)之后通過相應(yīng)計算得出合理的過濾風(fēng)速。

2 設(shè)備阻力的確定

為確定除塵設(shè)備的阻力，先要確定除塵設(shè)備的型式，通過設(shè)備的型式來確定其阻力。通常將除塵器入口和出口的全壓差定義為除塵設(shè)備的設(shè)備阻力。布袋除塵器的阻力主要由三部分組成，分別為除塵器濾布阻力、除塵器濾袋的粉塵層的阻力以及除塵器自身的設(shè)備結(jié)構(gòu)的阻力。

除塵器阻力確定后，再計算整個除塵管網(wǎng)系統(tǒng)的阻力，依此來確定除塵風(fēng)機的選型，應(yīng)當(dāng)注意，除塵器阻力在運行過程中可能存在一定的變動范圍，除塵風(fēng)機選型設(shè)計中需要考慮這部分阻力裕量，保證除塵系統(tǒng)的正常運行。

另外除塵器的清灰程序中也需要設(shè)備阻力的數(shù)值，當(dāng)除塵器阻力達(dá)到清灰程序啟動的預(yù)設(shè)值時，一般為1200Pa～1500Pa，脈沖閥自動清灰。

3 除塵器效率核算

除塵器的效率指的是除塵器從氣流中捕集粉塵的能力，其主要包括全效率、穿透率和分級效率，是除塵器性能的重要評價指標(biāo)之一。

3.1 全效率計算

（1）質(zhì)量算法

除塵效率定義為通過除塵器的粉塵量占進(jìn)入除塵器的粉塵總量的百分?jǐn)?shù)，定義式中使用η表示。其定義式結(jié)果如下所示：

圖1 除塵器粉塵量之間的關(guān)系

（2）濃度算法

除塵器的效率除了能用質(zhì)量計算，在除塵器結(jié)構(gòu)嚴(yán)密的情況下，還能使用除塵器空氣含塵濃度計算。通過換算，可以將上式（1）改寫成如下表達(dá)式：

注：L，y1，y2分別指的是除塵器的處理空氣量，入口空氣含塵濃度和出口空氣含塵濃度，其單位分別為m3/s，g/m3和g/m3；

相比較以上兩種計算方法，質(zhì)量法的測試結(jié)果比較復(fù)雜但結(jié)果較精確，通常用于實驗室處理數(shù)據(jù)，而濃度法的測試比較簡單但是結(jié)果誤差較大，通常用于作業(yè)現(xiàn)場測試。

（3）多臺除塵器串聯(lián)總效率

在除塵系統(tǒng)中常常使用多個除塵器串聯(lián)的方法來提高除塵器的效率，如圖2所示為兩個除塵器串聯(lián)的結(jié)構(gòu)示意圖，其總的除塵效率可以通過（3）式計算。

注：η0，η1，η2，分別表示除塵器的總效率；除塵器1的效率和除塵器2的效率。

3.2 穿透率

對于一些高效率的除塵器，除了用除塵效率來衡量外，還要使用穿透率來衡量除塵器的性能。例如在兩臺除塵器的全效率非常接近時，由于大氣的污染程度的影響，兩者的實際除塵效率差別很大。此時應(yīng)使用除塵器的穿透率來衡算除塵效率，其表達(dá)式如下式（4）所示：

3.3 除塵器的分級效率

將除塵器一定粒徑范圍的除塵效率定義為除塵器的分級除塵效率，可以通過該數(shù)值對不同的除塵器的除塵效率進(jìn)行對比，實用價值較高，其計算表達(dá)式如（5）式所示：

4 除塵器濾料的選擇

濾袋是布袋除塵器的核心過濾組件，濾袋由不同材質(zhì)的濾料制作而成，因此選用的濾料材質(zhì)對除塵器的各項性能參數(shù)有直接的影響。布袋除塵器濾料一般根據(jù)含塵氣體的性質(zhì)、粉塵的性質(zhì)及除塵器的清灰方式進(jìn)行選擇［6］。

4.1 根據(jù)含塵氣體性質(zhì)選擇

4.1.1 氣體溫度

氣體的溫度是影響除塵濾料選擇過程中的重要因素，以130℃的溫度為分界線，高于其值的為高溫含塵氣體，反之低于其值的為常溫含塵氣體，據(jù)此濾料則可以分為常溫和高溫兩種。常見的常溫濾料有550g/m2的滌綸針刺氈，常見的高溫濾料有氟美斯（FMS）和800g/m2的玻纖針刺氈。

高溫濾料的耐溫需要注意連續(xù)長期和瞬間短期的區(qū)別，根據(jù)濾料的耐溫使用時長將濾料的耐溫分為連續(xù)長期使用溫度和瞬間短期溫度兩種，其分別適用于長期連續(xù)運行和10分鐘內(nèi)的短期操作最高溫度。

4.1.2 氣體濕度

氣體的濕度也是濾料選擇過程中不可忽視的重要因素。按照氣體的狀態(tài)分為干燥氣體、一般狀態(tài)氣體和高濕氣體，其氣體的相對濕度為30%以下、30%～80%之間和80%以上。值得注意的是，當(dāng)高濕氣體從高溫狀態(tài)到低溫狀態(tài)時會使濾布的表面結(jié)垢，從而造成濾布堵塞等問題。

許多粉塵易潮解，具有很強的吸水性，當(dāng)塵氣的濕潤性過高時，普通濾料容易引起糊袋，故應(yīng)當(dāng)選擇具有防油、防水功能的濾料或覆膜濾料。另外，選擇濾袋時盡量選用圓形濾袋，不采用菱形濾袋和扁濾袋，當(dāng)氣體的濕度過大時，對于氣體的溫度必須嚴(yán)格的限制，需要保證含塵氣體的溫度高出露點溫度10℃～30℃。

4.1.3 氣體的化學(xué)性質(zhì)

在生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢塵氣通常含有大量的化學(xué)成分，如堿性氣體、酸性氣體、揮發(fā)的氧化劑、有機溶劑等。這些化學(xué)物質(zhì)在溫度和濕度的影響下，對濾料的腐蝕性增強，從而大大縮短了濾料的使用壽命，因此在選擇濾料時，要結(jié)合氣體溫度和濕度，并對含塵氣體的化學(xué)成分進(jìn)行分析，選出最佳濾料。

4.2 根據(jù)粉塵性質(zhì)選擇

4.2.1 粉塵的濕潤性和黏著性

有些粉塵中含有的化學(xué)物質(zhì)（如CaO、CaCl2、KCl、MgCl2、Na2CO3等）在吸潮后會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生新物質(zhì)，使得粉塵的形態(tài)和物質(zhì)成份發(fā)生了一定的變化，這種現(xiàn)象被稱之為潮解。潮解后的粉塵容易糊袋，不利于濾袋的除塵效果，因此對于易潮解的粉塵應(yīng)當(dāng)選用表面光滑、不起絨且憎水性較強的濾料。目前常用的有覆膜濾料和塑燒板等。

4.2.2 粉塵的可燃性和荷電性

濾料的材質(zhì)以化纖居多，而化纖具有荷電性，通過濾袋的粉塵同時也具有荷電性，較容易因摩擦產(chǎn)生靜電火花，從而引起粉塵爆炸。故當(dāng)粉塵為可燃性和荷電性的煤粉、焦粉、氧化鋁粉和鎂粉等粉末時，宜選用阻燃型濾料和導(dǎo)電濾料［7］。

4.2.3 粉塵的流動和摩擦性

粉塵的表面形態(tài)、粒徑和流動性對濾布的磨損影響較大，例如形態(tài)不規(guī)則粉塵的磨損性比形態(tài)規(guī)則的光滑球形粉塵高出10倍。另外，磨損性的大小與氣流速度和粒徑的2～3次方成正比例關(guān)系，故可以通過減小氣流速度和粒徑的方式來減少濾布的損耗。當(dāng)然對于自身具有較高磨損性的含塵氣體，則可選用一些耐磨性較好的濾布材料。

5 清灰方式

為保持布袋的長期的正常的運行，需對布袋進(jìn)行清灰處理。清灰處理要保持布袋完整性的同時消耗最少的能耗，使得沉淀的粉塵從布袋上均勻而迅速的脫落，且不可使其完全脫落，要在濾袋上保留一定的粉塵層。清灰處理直接影響濾袋的阻力，若清灰處理效果不好會提高濾袋的阻力，從而降低除塵器的除塵效果。布袋的清灰方式主要有人工敲打、聲波清灰、反吹清灰以及脈沖噴吹清灰等。

5.1 人工敲打

利用人工敲打的方式除去濾袋上的粉塵的方式稱之為人工敲打清灰。這種除塵方式具有簡單方便的優(yōu)點，但易造成時間和人力的浪費，且在振動不均勻的情況下容易造成布袋的損壞，因此目前生產(chǎn)作業(yè)過程中使用較少。

5.2 聲波清灰

采用聲波的方式使布袋產(chǎn)生振動而使粉塵脫落的方式稱為聲波清灰，聲波清灰通常使用專門的聲波清灰器清理布袋。此方法的優(yōu)點是對除塵器的損耗較小，但成本較高，不適合工業(yè)生產(chǎn)。

5.3 反吹清灰

通過建立分室，并使閥門調(diào)節(jié)每個分室的氣流方向，使其進(jìn)行反向流動，使布袋產(chǎn)生振動而使粉塵脫落的清灰方式稱為反吹清灰，通常也被人們稱為反吹氣流清灰方式。但該種方法的清灰效果較弱，清灰不徹底。

5.4 脈沖噴吹清灰

脈沖噴吹清灰是目前布袋除塵器最常用的清灰方式。脈沖清灰是指固定濾袋用的多孔板（花板）設(shè)在箱體的上部，在每排濾袋的上方有一噴吹管，噴吹管上對著每一濾袋的中心開一壓氣噴射孔（嘴），噴吹管的另一端與脈沖閥、控制閥等組成的脈沖控制系統(tǒng)及壓縮空氣儲氣罐相連接，根據(jù)規(guī)定的時間或阻力值，按自動控制程序進(jìn)行脈沖噴吹清灰［8］。

脈沖清灰包括在線清灰和離線清灰兩種方式，其區(qū)別主要在于在進(jìn)行脈沖噴吹時是否同時進(jìn)行含塵氣體的過濾，若同時進(jìn)行則為在線清灰，若在沒有含塵氣體過濾的情況下進(jìn)行噴吹的清灰方式稱之為離線清灰。前者的優(yōu)點主要是對除塵系統(tǒng)的波動影響較小，但清灰不徹底，且不能在線檢修；而離線清灰的優(yōu)點主要是清灰效果更好，清灰更徹底，且能夠在線檢修，但存在制造成本高，對系統(tǒng)的波動影響較大的缺點。

脈沖噴吹清灰方式的選擇主要根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)的實際情況而定，對于小型的除塵設(shè)備且入口濃度較低時選用在線清灰，反之則使用離線清灰方式。而大型的除塵設(shè)備一般設(shè)計為離線清灰結(jié)構(gòu)，但是采用在線和離線切換功能，前提是無論那種清灰方式，均不影響除塵器正常運行。

6 結(jié)論

綜上所述，在眾多的除塵設(shè)備中選用合適的除塵器，在工業(yè)生產(chǎn)中十分重要。通過計算結(jié)果來選擇合適的設(shè)備，可以平衡環(huán)保和成本兩方面的要求。在布袋除塵器的設(shè)計選型計算前，首先要對含塵氣體進(jìn)行基本的參數(shù)和性質(zhì)分析，如成份、濃度、溫度、濕度以及黏度等。在確定相應(yīng)的參數(shù)后，通過計算得到過濾面積、過濾風(fēng)速、濾料及設(shè)備阻力，然后再根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)備的選型，才能做到既能保證污染物達(dá)標(biāo)排放，又能節(jié)能和維持設(shè)備的長期穩(wěn)定運行。