角式快開閥應(yīng)用于袋式除塵器的可行性研究*

朱召平

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司國家環(huán)境保護(hù)電力工業(yè)煙塵治理工程技術(shù)中心，福建 龍巖 364000）

0 引言

袋式除塵器以其高效穩(wěn)定的除塵特點，已成為了除塵行業(yè)主流的技術(shù)之一。清灰系統(tǒng)性能好壞是袋式除塵器高效穩(wěn)定的重要保障。目前國內(nèi)袋式除塵主要采用的脈沖清灰，又以膜片式脈沖閥應(yīng)用較為廣泛，其采用橡膠膜片密封結(jié)構(gòu)，具有開關(guān)性能好、流動阻力小、流量特性好、噴吹氣量大的特點，對于清灰系統(tǒng)清灰性能影響較大［1］。但是膜片式脈沖閥使用溫度一般不超過250℃，耐壓不超過1 MPa，目前工程應(yīng)用設(shè)計清灰壓力一般不超過0.35 MPa［2］，所以膜片式脈沖閥無法應(yīng)用在如煤化工等高溫、高壓氣體凈化領(lǐng)域。一種應(yīng)用于航空工業(yè)的角式快開閥采用了金屬波紋管動態(tài)密封結(jié)構(gòu)替代橡膠膜片密封，是一種噴吹量大、耐高溫、耐高壓的脈沖閥，最高耐溫可達(dá)400℃，耐壓可達(dá)10 MPa，適用于高溫、高壓工況。目前國內(nèi)外暫無角式快開閥應(yīng)用在袋式除塵器的清灰閥的研究。脈沖閥的清灰性能受噴吹壓力等因素影響，張一幟［3］和顏翠平等［4］研究表明，噴吹壓力越大，濾袋內(nèi)部壓力越大，噴吹效果越好。同時由于壓力損失，濾袋側(cè)壁壓力峰值呈現(xiàn)從濾袋口到濾袋底減小的趨勢，導(dǎo)致濾袋底部出現(xiàn)清灰效果差的現(xiàn)象。楊迪等［5］研究表明，噴吹壓力對正壓力峰值及到達(dá)該峰值的時間這兩個指標(biāo)的影響較大，噴吹壓力提高可改善清灰系統(tǒng)的清灰性能，但脈沖寬度的變化對這兩個指標(biāo)的影響不明顯。李珊紅［6］和萬凱迪等［7］利用數(shù)值模擬方法研究表明，提高噴吹壓力與增加噴嘴直徑可以提高清灰效果，濾袋過長對濾袋上部清灰性能幾乎沒有影響，但會導(dǎo)致濾袋底部峰值壓力逐漸降低，不利于濾袋底部清灰。

本研究通過搭建大型脈沖噴吹實驗臺，對膜片式脈沖閥和角式快開閥進(jìn)行對比實驗，分別在定壓條件且不同脈沖寬度下，定脈沖寬度且不同噴吹壓力工況下，研究噴吹量大小變化、噴吹波形變化、不同噴吹距離的正壓力峰值變化以及濾袋內(nèi)正壓力峰值分布情況，探索角式快開閥在袋式除塵器清灰系統(tǒng)應(yīng)用的可行性，為高溫高壓袋式除塵的清灰設(shè)計及工程應(yīng)用等提供參考。

1 實驗裝置與方法

1.1 實驗裝置

脈沖噴吹清灰系統(tǒng)實驗臺是依托目前國內(nèi)最大的電袋復(fù)合除塵器實驗平臺搭建。實驗系統(tǒng)主要由測量控制系統(tǒng)、噴吹系統(tǒng)、濾袋支撐系統(tǒng)、空氣壓縮系統(tǒng)4個部分組成，測量控制系統(tǒng)主要用于采集濾袋、氣包、噴吹管上的壓力峰值；噴吹系統(tǒng)主要為濾袋進(jìn)行脈沖噴吹；濾袋支撐系統(tǒng)主要用于支撐實際使用1∶1的濾袋、花板等支撐作用；空氣壓縮系統(tǒng)主要為濾袋提供壓縮空氣；脈沖閥分別采用3寸膜片式脈沖閥和3寸角式快開閥。圖1為全尺寸脈沖噴吹實驗臺示意圖。

圖1 全尺寸脈沖噴吹實驗臺

1.2 實驗內(nèi)容及方法

濾袋長8 m，直徑160 mm，在濾袋上設(shè)置10個測點，并安裝了壓力傳感器，測點離濾袋上端口距離依次為2、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.8 m（設(shè)置為測點1~9）。噴吹管管長4.8 m，管徑89 mm，噴吹孔徑16 mm，在噴吹管上設(shè)置9個測點，并安裝了壓力傳感器，距氣包中心距離分別為0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5 m（設(shè)置為測點1~9）。

通過空氣壓縮機(jī)調(diào)節(jié)噴吹壓力，脈沖控制儀調(diào)節(jié)脈沖寬度，在噴吹壓力0.35 MPa不變，調(diào)節(jié)脈沖寬度200、250、300 ms和在脈沖寬度200 ms不變，調(diào)節(jié)噴吹壓力0.35、0.45、0.55 MPa的工況下，測量不同條件的下2種閥門的噴吹量、噴吹波形、噴吹管內(nèi)隨噴吹距離正壓力峰值變化以及濾袋內(nèi)正壓力峰值分布情況。測試數(shù)值經(jīng)壓力傳感器的數(shù)據(jù)采集儀采集后在計算機(jī)上顯示，讀取個條件下各測點的正壓力峰值，每組實驗重復(fù)5次并取平均值，從而評價角式快開閥的清灰性能。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 噴吹量的變化

噴吹壓力和脈沖寬度變化對噴吹量的影響見圖2。

圖2 噴吹量對比

從圖2中可以看出，同一種脈沖閥，脈沖寬度一定，噴吹量隨著噴吹壓力的增大而增大；噴吹壓力一定，噴吹量隨著脈沖寬度的增大而增大。對比膜片式脈沖閥和角式快開閥在脈沖寬度固定200 ms時，在噴吹壓力為0.35、0.45、0.55 MPa時，膜片式脈沖閥對應(yīng)的噴吹量都大于角式快開閥。在噴吹壓力固定為0.35 MPa時，在脈沖寬度為200、250、300 ms時，膜片式脈沖閥對應(yīng)的噴吹量依然都大于角式快開閥?？梢?，隨著噴吹壓力和脈沖寬度的增加，角式快開閥的噴吹量逐漸增大，但其整體噴吹性能不如膜片式脈沖閥。

2.2 噴吹波形的變化

噴吹壓力和脈沖寬度變化對噴吹波形的影響見圖3。

圖3 噴吹波形

從圖3可以看出，在脈沖寬度一定，增加噴吹量或在噴吹量一定，增加脈沖寬度都會使噴吹波形曲線呈近似拋物線變化，同時噴吹壓力的增大，拋物線呈縱向升高，即增加噴吹壓力，可顯著提高噴吹的正壓力峰值，提高清灰的清灰性能，脈沖寬度的增大，拋物線呈橫向變寬，對提高噴吹的正壓力峰值相比增加噴吹壓力影響較小，但可以增加正壓力峰值的持續(xù)時間，與楊迪等［5］研究結(jié)果相符。脈沖寬度固定200 ms時，在噴吹壓力為0.35、0.45、0.55 MPa時，膜片式脈沖閥對應(yīng)的曲面面積都大于角式快開閥。在噴吹壓力固定為0.35 MPa時，在脈沖寬度為200、250、300 ms時，膜片式脈沖閥對應(yīng)最大壓力峰值仍然都大于角式快開閥。另外，角式快開閥到達(dá)壓力峰值的時間明顯長于膜片式脈沖閥，更不利于清灰?？梢?，從最大壓力峰值和到達(dá)壓力峰值的時間分析，角式快開閥清灰性能不如膜片式脈沖閥。

2.3 噴吹管內(nèi)壓力隨距離的變化

噴吹壓力和脈沖寬度變化對噴吹管內(nèi)壓力的影響見圖4。

圖4 噴吹管內(nèi)不同距離的壓力

從圖4可以看出，隨著離氣包中心的距離越遠(yuǎn)，噴吹管不同測點壓力值整體呈下降趨勢，但在測點9都出現(xiàn)噴吹壓力局部突然增加，分析是由于測點9處于噴吹管尾部，當(dāng)氣流被濾袋尾部密封擋板阻擋后，造成局部氣流紊亂，導(dǎo)致測點9處噴吹壓力增加。在測點6或7小概率出現(xiàn)噴吹壓力的明顯增大，分析可能是因為氣流的流動不均勻性所導(dǎo)致。

在脈沖寬度一定時，增加噴吹壓力，可顯著提高噴吹管壓力，但在噴吹壓力一定時，增加脈沖寬度，對噴吹管的壓力幾乎沒有影響。另外，脈沖寬度固定200 ms時，在噴吹壓力為0.35、0.45、0.55 MPa時，膜片式脈沖閥各測點的壓力值都大于角式快開閥。在噴吹壓力固定為0.35 MPa時，在脈沖寬度為200、250、300 ms時，膜片式脈沖閥各測點的壓力值也都大于角式快開閥?？梢姡鞘娇扉_閥在噴吹管各點的清灰性能不如膜片式脈沖閥。

2.4 濾袋內(nèi)正壓力峰值的變化

噴吹壓力和脈沖寬度的變化對袋內(nèi)正壓力峰值的影響見圖5。

圖5 袋內(nèi)正壓力峰值變化

從圖5可以看出，對于2種閥門，在脈沖寬度一定時，增加噴吹壓力，都可顯著提高濾袋內(nèi)正壓力峰值，但在噴吹壓力一定時，增加脈沖寬度，對濾袋內(nèi)正壓力峰值幾乎都沒有影響。同時，測點離濾袋口距離越遠(yuǎn)，正壓力峰值逐漸變小，且在濾袋底部出現(xiàn)回升，分析是由于氣流被濾袋底阻擋后，造成局部氣流紊亂，壓力增加。

另外，角式快開閥在濾袋內(nèi)各測點的壓力值均低于膜片式脈沖閥，濾袋內(nèi)各測點的清灰性能不如膜片式脈沖閥，但角式快開閥各噴吹壓力下產(chǎn)生的濾袋上最低壓力峰值（0.17 kPa），高于按工程應(yīng)用實例配置測得的最小壓力峰值（纖維濾袋0.13 kPa），即在同等條件下，雖然角式快開閥在濾袋的噴吹效果不及膜片式脈沖閥，但仍可以滿足預(yù)期的噴吹效果。

3 結(jié)論

1）在同等條件下，從噴吹量、最高壓力峰值、到達(dá)最高壓力峰值的時間、噴吹管內(nèi)和濾袋內(nèi)的壓力值的變化來看，角式快開閥各項指標(biāo)都不如膜片式脈沖閥，清灰性能不及膜片式脈沖閥，但角式快開閥在濾袋上最低壓力峰值仍高于工程應(yīng)用實測的最小壓力峰值，可以滿足相關(guān)實際使用要求。

2）不論角式快開閥還是膜片式脈沖閥，增加噴吹壓力，可顯著提高角式快開閥的正壓力峰值、噴吹管壓力、濾袋內(nèi)正壓力峰值等，可顯著提高清灰效果；但僅依靠增加脈沖寬度，則對噴吹參數(shù)幾乎沒有影響。