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技術交流  

袋式除塵器反吹風清灰機理的研究
發布者:  發布時間:2010-8-23 13:38:07  點擊:2894

王海濤  張殿印  莊劍恒  肖春

(中冶集團建筑研究總院)

 

    本文從理論上分析了反吹風袋式除塵器清灰機理,并介紹了通過試驗得出的一些對袋式除塵器提高清灰效果和節能降耗都頗有價值的結果。

關鍵詞  袋式除塵器    反吹風清灰    研究

 

反吹風清灰是利用與過濾氣流相反的氣流,使袋式除塵器的濾袋變形造成粉塵層脫落的一種清灰方式。除了濾袋變形外,反吹氣流速度也是粉塵層脫落的重要原因。

采用這清灰方式的清灰氣流,可以由系統主風機提供,也可設計單風機供給。根據清灰氣流在濾袋內的壓力情況,若采用正壓方式,稱為正壓反吹風清灰;若采用負壓方式,稱為負壓反吸風清灰。

反吹風清灰多采用分室工作制度,利用閥門自動調節,逐室地產生反向氣流清灰。

1  反吹風清灰機理

反吹風清灰的機理,一方面是由于反向的清灰氣流直接沖擊塵塊;另一方面由于氣流方向的改變,濾袋產生脹縮變形而使塵塊脫落。反吹氣流的大小直接影響清灰效果。

1.1  清灰過程

    反吹風清灰過程如圖1所示。

                      

(a)過濾               (b)反吹               (c)沉降

1  反吹風清灰方式

反吹風清灰在整個濾袋上的氣流分布比較均勻。振動不劇烈、故過濾袋的損傷較小。反吹風清灰多采用長濾袋(412m)。由于清灰強度平穩,過濾風速一般為0.61.2m/min,且多是采用停風離線清灰方式。

采用高壓氣流反吹清灰,如回轉反吹袋式除塵器清灰方式在過濾工作狀態下進行清灰也可以得到較好的清灰效果,但需另設中壓或高壓風機。這種方式可采用較高的過濾風速。

1.2  反吹風清灰機理分析

對反吹風清灰,曼得雷卡.A.C研究認為,濾袋上沒有壓密實的粉塵層的脫落阻力不大。對于中位徑為1μm、密度為6×103kg/m3的粉塵層,其阻力僅有50Pa。然而,氣流壓力并不是作用在粉塵層整個面積上,而是只作用在開孔的地方,因此,為使粉塵脫落就需要在過濾布上施加更高的反吹壓力。濾材的孔隙率越高,使粉塵層脫開所需的余壓越低,其清灰達到阻力下降程度越高。對每種濾布都有反吹清灰的最大流速,再超越該數值并不能明顯地增加粉塵的脫離,而只能引起多余能耗。

如果掌握濾布的孔隙率ε,則反吹風的速度可按下式決定。

                                                                            (1)

式中ωcb--反吹速度,m/min

     k—系數,對織造布取1.620

按佩薩霍夫.И.Л所給數據,對于過濾布孔隙的反吹流速達到0.033m/s(即 ≈2m/min)已足夠。柔性濾布在反吹風時總要發生變形,它會引起粉塵積層的移動并助長它脫落。因此反吹清灰時一般耗費的壓差值不高。如果濾袋內所收集的粉塵的中位徑為315μm 、壓力差為5001000Pa 即可。反吹時,由于變形,濾袋出現癟縮,袋上出現摺皺,其直徑縮小(見圖2)。被壓癟的濾袋應力為

                                                                            (2)

式中l --支撐環之間的長度,m

做某些簡化后,濾袋的變曲距離(撓度)

                                                                            (3)

                                                                            (4)

式中 q´--1m濾袋的壓力負荷,N

     Gn—濾袋拉力,N

                                   

                                       圖2  處在反吹風中的濾袋

在反吹過程中,濾袋的收癟不應導致袋徑大量縮減和出現大的褶皺,以免影響吹清氣體的流動和粉塵正常剝落。為此,濾袋都裝有橫推支撐環,用于增加濾袋拉力和限制噴吹氣流壓力。

支撐環沿濾袋長度不按平均距離布置,而是在上部按56個袋徑從袋頂算起布置定位,并相互間隔;到濾袋頂部,其距離縮短為23倍袋徑。這種布置是為了在反吹清灰時,清灰用的逆向氣流能自由流通。例如,對直徑為296mm的長型濾袋,(袋長一般為10m),其支撐環的距離分配自上而下分別為(1800±10)mm(1500±10)mm(1200±10)mm(900±10)mm(700±10)mm等。

為限制濾袋內外壓差,噴吹閥通常采用比排氣管更小的直徑。有時候除塵器裝配有減振閥,以保證在清灰過程中濾袋上維持最佳壓降。

如果在反吹過程中出現粉塵的剝離脫落不均勻,則在濾袋變形大和積存的粉塵粒徑粗的局部地方粉塵會先行脫落,噴吹氣體的主體質量也就會立即乘虛集中于此處,而在其他地方的粉塵層卻積貯依舊。所以,這種清灰不算有效清灰。只有全部濾袋上都能清除的好的清灰才是有效清灰。

從粉塵的分散度和質量看,粉塵在濾袋上沿高度的分布是不均勻的。最粗的組分沉降在濾袋的下部和中間部分,而最細的、難以分離的組分在上部(見圖3)。 

          

        圖3  粉塵分散組分沿濾袋高度H的分布

試驗證明,過濾周期開始階段的凈化效率在很大意義上取決于清灰程度。清灰后的阻力降為270230Pa時,在開始3min內從濾袋層透出的含塵濃度高達清灰前的7倍之多;之后,粉塵的穿透量才漸趨降低,如圖4所示。本試驗是用d50=8μm的石英粉塵對滌綸濾布所做試驗。

反吹風的持續時間取決于濾袋長度和粉塵沉降時間,對于 810m長的濾袋,應有2025s,而對長度較小的濾袋可以降至1015s。過長時間的反吹將不會沉降余留阻力,而只會增加能耗和粉塵穿透率。

    在某些情況下,為了改善微細塵部分的分離效果并降低反吹空氣耗量,將反吹過程安排為間歇式的,中間有12次中斷,每段反吹持續46s。由于濾布的補充變形,粉塵的脫落狀況能得到一定的改善,圖5表示了因反吹次數而變的阻力。反吹次數超過2次以后,對阻力下降的影響就漸趨減弱。所以,間歇只設計12次即可。

                               

                                圖5  反吹清灰后阻力(%)與反吹重復次數的關系

2  反吹風清灰試驗

冶金部建筑研究總院對袋式除塵器反吹清灰剩余阻力進行了試驗研究。試驗用濾布為不同玻纖濾布,試驗粉塵為滑石粉和硅石粉。所謂剩余阻力是指濾布在清灰后的剩余壓差。剩余阻力是由粉塵顆粒引起的,它附著在濾布纖維上未被清除。試驗結果如下。

2.1  負荷對剩余阻力的影響

    不同負荷與剩余阻力的關系如圖6 (a)(b)所示。在同一最終阻力下,不管采用何種濾布及何種粉塵,剩余阻力總是隨著過濾速度增加而增加,過濾速度增加后,灰塵層所受之正壓力也增加,相應的灰塵層就愈密實,灰塵顆粒之間的結合力以及粉塵與纖維之間的附著力都增強,因此剩余阻力增加。

           

反吹風速度/(mm)                                 反吹風速度/(mm)

(a)滑石粉,0.418mm厚緞紋玻纖布濾布                 (b) 滑石粉,0.23 mm厚斜紋玻纖布濾布

6  不同負荷反吹風效果

注:終阻力1000Pa;反吹風時間1min

2.2  灰塵種類對剩余阻力影響

當其他條件相同時,在同樣反吹速度下,過濾硅石粉比滑石粉的剩余阻力大。其原因之一是由于硅石粉吸水率高,灰塵顆粒間及灰塵與纖維間的附著力都比滑石粉高所致。

2.3  濾布紡織結構對剩余阻力的影響

在相同的條件下由于濾布紡織結構不同反吹風效果也不同。單面絨棉布的剩余阻力最大,厚度0.19mm緞紋玻璃纖維布的剩余阻力最小。當反吹風速度為2m/min時,前者的剩余阻力比后者要大260Pa。同樣的玻璃纖維布同一編織方法(緞紋),,對于反吹洗清灰效果與織物的厚度、濾布表面是否有絨毛、濾布的組織以及纖維本身物理性質有關。

2.4  反吹風速度和次數對剩余阻力的影響

在相同條件下由于反吹風速度不同,清灰效果有著明顯的差別。隨著反吹風速度的降低,剩余阻力也相應地增加。隨著過濾速度改變這一關系也有差別。當過濾速度為1.3m/min0.5m/min2.0m/min的反吹速度其剩余阻力的絕對值相差360Pa,而過濾速度降至0.67m/min,則僅相差120Pa。很明顯,過濾速度降低,灰塵層所受之正壓力也降低,則灰塵層孔隙率也大,顆粒之間的附著力都減小,因此反吹風速度的大小影響并不顯著。

此外,影響反吹清灰效果的主要因素是反吹氣流速度,濾袋變形程度以及濾袋框架碰撞產生的抖動,后兩種因素也是反吹氣流作用的結果。

3  結語

袋式除塵器因除塵效率高(>99%)、運行穩定,適用范圍廣而成為最常用的除塵設備,但袋式除塵器是除文氏管除塵器之外運行阻力最高的除塵器,所以研究反吹風袋式除塵器清灰機理,通過試驗尋求降低阻力、降低能耗的方法和途經,對廣泛采用袋式除塵器和節能降耗具有重大的現實意義。

 

參考文獻

[1] 劉愛芳.粉塵分離與過濾.冶金工業出版社.1998.9

[2] 張殿印,王純,俞非漉.袋式除塵技術.冶金工業出版社.2008.2

[3] 張殿印,王純.除塵器手冊.化學工業出版社.2005.1

                                                              選自2009全國袋式除塵技術研討會論文集
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