王北平 顧利定
（浙江潔華環(huán)保科技股份有限公司）
摘 要 本文在試驗的基礎(chǔ)上分析論證了脈沖閥、氣包容積、氣包壓力以及脈沖時間對脈沖噴吹清灰的影響關(guān)系，并闡明了脈沖時間的選擇范圍，對工程設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞 脈沖清灰 性能 研究
1 前言
袋式除塵器主要由殼體、濾袋、清灰機構(gòu)和輸灰系統(tǒng)組成。清灰系統(tǒng)的好壞直接關(guān)系到除塵器能否高效、安全、經(jīng)濟運行。近年來，不少科研單位，大專院校發(fā)表了很多有關(guān)脈沖袋式除塵器及其清灰方面的研究論文，開展了計算機數(shù)值模擬計算，提出了不少觀點，對脈沖袋式除塵器清灰系統(tǒng)的設(shè)計幫助很大。但是在工程實際應(yīng)用中脈沖袋式除塵器也出現(xiàn)了諸多問題，有的清灰效果不良，濾袋阻力大；有的清灰強度過大，損傷濾袋；有的清灰強度不勻均，影響清灰效果。人們開始探索脈沖清灰中各相關(guān)因素的影響關(guān)系。為此我們建立了脈沖噴吹試驗臺。
2 研究內(nèi)容
在袋式除塵器運行過程中，其主要的運作過程是“過濾—清灰—過濾”的循環(huán)過程，可見要保證袋式除塵器的長期安全穩(wěn)定運行，清灰過程至關(guān)重要，清灰的好壞直接關(guān)系到濾料的再生能力。袋式除塵器的清灰方式主要有氣體回轉(zhuǎn)反吹、機器震打、氣體脈沖等幾種，氣體脈沖又是袋式除塵器中一種常見的清灰方式。在一個噴吹管直徑、文氏管構(gòu)造、噴吹孔徑及孔數(shù)、濾袋長度和直徑、噴嘴到花板距離已定的脈沖噴吹機構(gòu)中，氣包壓力、脈沖時間、脈沖閥類型、氣包容積、脈沖周期就成為影響脈沖噴吹袋式除塵器清灰性能好壞的主要因素。而上述幾種因素綜合起來就是反映了不同的噴吹氣量，不同的噴吹氣量決定了濾袋袋內(nèi)噴吹壓力和袋壁反向加速度的大小，也就決定了脈沖清灰力度的大小。但并不能單單用噴吹氣量大小這個因素來衡量噴吹效果的好壞。在工程實際應(yīng)用中影響噴吹效果好壞的應(yīng)該是單位時間噴吹氣量，其主要受氣包壓力、脈沖時間等幾個因素的綜合影響。單位時間噴吹氣量就是指在一個氣脈沖時間內(nèi)脈沖閥所噴吹出來的氣體量。
脈沖閥的噴吹氣體量主要通過測量氣包噴吹前后的壓力和根據(jù)脈沖氣體管道的全壓、靜壓和動壓的關(guān)系來得出動壓，而動壓又是速度的表征量，進而根據(jù)速度得出氣體流量。對比這兩種方法，根據(jù)氣包噴吹前后的壓力關(guān)系得出的氣包耗氣量較后者得出的準確。本實驗在每次噴吹前就已經(jīng)截斷氣包的供氣管道，因而根據(jù)噴吹前后氣包壓力的值可以準確的得出氣包耗氣量，這個耗氣量就是脈沖閥的噴吹氣體量。
2.1 確定影響噴吹氣量的影響因素
本實驗用正交實驗法來安排試驗，試驗中正交影響因素有以下四種：
A ：不同廠家的脈沖閥；
B ：不同大小的氣包容積；
C ：不同大小的氣包壓力；
D ：不同長短的脈沖時間。
而每種因素又有不同的水平：
A ：不同廠家的脈沖閥（3″淹沒式α閥、3″淹沒式β閥）；
B ：不同大小的氣包容積（650L、1000L）；
C ：不同大小的氣包壓力（0.2MPa、0.3 MPa、0.4 MPa、0.5 MPa）；
D ：不同長短的脈沖時間（60ms、80ms、100ms、120ms）。
從而這個試驗是一個四因素不同水平的正交試驗。
根據(jù)上述關(guān)系作出因素水平表格（表-1）。
表-1
|
因 素 |
水 平 |
|
A、不同廠家的脈沖閥 |
3″淹沒式α閥 |
3″淹沒式β閥 |
|
B、不同大小的氣包容積 |
650L |
1000L |
|
C、不同大小的氣包壓力 |
0.2MPa |
0.3MPa |
0.4MPa |
0.5MPa |
|
D、不同長短的脈沖時間 |
60ms |
80ms |
100ms |
120ms |
根據(jù)上面的因素和水平選取合適的正交表格L16(42×29)，這是一個有4水平和2水平混合組成的正交表格（表-2）。
表-2
|
因素
次序 |
C |
D |
A |
B |
評價指標 |
單位時間
氣包耗氣量
（m³/s） |
|
氣包耗氣量
（m³） |
氣脈沖時間（ms） |
|
1 |
0.2MPa |
60ms |
3″淹沒式α閥 |
650L |
0.421 |
122.333 |
3.438 |
|
2 |
0.2MPa |
80ms |
3″淹沒式α閥 |
650L |
0.483 |
130.333 |
3.709 |
|
3 |
0.2MPa |
100ms |
3″淹沒式β閥 |
1000L |
0.668 |
195.000 |
3.427 |
|
4 |
0.2MPa |
120ms |
3″淹沒式β閥 |
1000L |
0.711 |
205.000 |
3.469 |
|
5 |
0.3MPa |
60ms |
3″淹沒式α閥 |
1000L |
0.530 |
102.000 |
5.191 |
|
6 |
0.3MPa |
80ms |
3″淹沒式α閥 |
1000L |
0.615 |
126.000 |
4.880 |
|
7 |
0.3MPa |
100ms |
3″淹沒式β閥 |
650L |
0.788 |
206.000 |
3.828 |
|
8 |
0.3MPa |
120ms |
3″淹沒式β閥 |
650L |
0.836 |
223.000 |
3.749 |
|
9 |
0.4MPa |
60ms |
3″淹沒式β閥 |
650L |
0.844 |
190.000 |
4.443 |
|
10 |
0.4MPa |
80ms |
3″淹沒式β閥 |
650L |
0.902 |
200.000 |
4.508 |
|
11 |
0.4MPa |
100ms |
3″淹沒式α閥 |
1000L |
0.796 |
150.000 |
5.305 |
|
12 |
0.4MPa |
120ms |
3″淹沒式α閥 |
1000L |
0.890 |
165.000 |
5.396 |
|
13 |
0.5MPa |
60ms |
3″淹沒式β閥 |
1000L |
1.017 |
170.000 |
5.981 |
|
14 |
0.5MPa |
80ms |
3″淹沒式β閥 |
1000L |
1.093 |
190.000 |
5.755 |
|
15 |
0.5MPa |
100ms |
3″淹沒式α閥 |
650L |
0.972 |
158.000 |
6.152 |
|
16 |
0.5MPa |
120ms |
3″淹沒式α閥 |
650L |
1.056 |
185.000 |
5.710 |
|
Ⅰ |
3.51075 |
4.76325 |
4.972625 |
4.442125 |
|
|
74.941 |
|
Ⅱ |
4.41210 |
4.71300 |
4.395000 |
4.925550 |
|
|
|
Ⅲ |
4.91300 |
4.67800 |
|
|
|
|
|
Ⅳ |
5.89950 |
4.58100 |
|
|
|
|
|
R |
2.38875 |
0.18225 |
0.577625 |
0.483375 |
|
|
|
從上述分析中可以看出，其中氣包壓力是對噴吹耗氣量影響最大的因素，而脈沖時間是影響最小的一個因素。對噴吹氣量的影響的大小順序是C—A—B—D。
2.2 相同氣包壓力不同脈沖時間對噴吹氣量的影響
在工程實際應(yīng)用中，通常調(diào)節(jié)脈沖氣壓和脈沖時間來選擇合適的清灰力度。一般來說，脈沖氣壓大于3kg/cm2稱為高壓脈沖，小于3kg/cm2稱為低壓脈沖。脈沖氣壓的選擇通常與物料性質(zhì)、過濾風(fēng)速、過濾濃度和濾料材質(zhì)等因素有關(guān)。而脈沖時間的選擇相對來說比較靈活，一般可在60～150ms之間來選擇。下面就談?wù)勗谙嗤}沖壓力下不同脈沖時間對噴吹氣量的影響。
以α閥為例，穩(wěn)定氣包壓力在0.2Mpa，調(diào)節(jié)不同的脈沖時間進行噴吹試驗，測得的數(shù)據(jù)如下（表-3）。
表-3
|
脈沖時間
（ms） |
噴吹前氣包壓力（kPa） |
噴吹后氣包壓力（kPa） |
氣包耗氣量
（m³） |
氣脈沖時間
（ms） |
|
20 |
200.770 |
178.697 |
0.292 |
70.333 |
|
40 |
200.770 |
173.423 |
0.360 |
99.333 |
|
60 |
200.770 |
168.650 |
0.421 |
122.333 |
|
80 |
200.560 |
163.453 |
0.483 |
130.333 |
|
100 |
200.630 |
159.540 |
0.533 |
154.667 |
|
120 |
200.560 |
155.053 |
0.587 |
183.667 |
|
140 |
200.557 |
151.350 |
0.632 |
214.000 |
|
160 |
200.770 |
146.460 |
0.693 |
223.000 |
|
180 |
200.770 |
143.447 |
0.729 |
242.000 |
|
200 |
200.770 |
139.887 |
0.771 |
254.333 |
噴吹前氣包壓力相差不大，則可以近似的把噴吹前壓力統(tǒng)一成200.77kPa。根據(jù)上述表格作出不同脈沖時間下噴吹過后的氣包壓力曲線圖（圖1），氣包耗氣量曲線圖（圖2）。
 
從圖1可以看出，在不同的脈沖時間下（20＜t＜200），脈沖噴吹后氣包內(nèi)的壓力可以近似的看做一條直線，這條直線可以表示成P后＝P＋tan（α）×t脈沖，其中的tan（α）和P跟氣包容積、脈沖閥類型、氣包壓力有關(guān)。上面試驗中tan（α）＝-0.21561，P＝183.009，將數(shù)值帶入方程可得P后＝183.009－0.21561×t脈沖。根據(jù)方程可以算出不同脈沖時間噴吹后的氣包壓力。再通過氣包耗氣量計算公式Q＝（P1－P2）V/1000P0，可得出不同脈沖時間下的氣包耗氣量，也就是單閥單次在該脈沖時間下的噴吹氣量。
式中：
Q － 耗氣量 L/次；P1 － 噴吹前氣包壓力Pa；P2 － 噴吹后氣包壓力Pa；V － 氣包容積m3；P0 － 當?shù)卮髿鈮?SPAN lang=EN-US>Pa
2.3 對兩種不同的脈沖閥在同一壓力不同脈沖時間下的對比
根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，在同一坐標系中作出二個閥在0.2MPa脈沖壓力下，不同脈沖時間噴吹后的氣包壓力曲線圖（圖3）。
對比兩條曲線可以看出，兩條曲線仍然可近似的表示成兩條直線P后＝P＋tan（α）×t脈沖，而兩條直線的tan（α）也近似的相等，所不同的是P的不同。P的不同主要是由于氣脈沖時間不同，β閥噴吹后的氣包壓力明顯小于α閥，噴吹后氣包壓力小，則可以說明氣包耗氣量上相對較高，這主要是初始P的影響。不能武斷的用氣包耗氣量的大小來衡量閥的好壞，而應(yīng)該拿他們的單位時間的氣包耗氣量來衡量閥的噴吹氣量的優(yōu)劣。根據(jù)氣脈沖時間得出兩種閥的單位時間的氣包耗氣量曲線圖（圖4）。
   
從圖4可以知道，并不是脈沖時間越大越好，當脈沖時間在80ms左右的時候，脈沖閥單位時間噴吹量達到一個拐點，也就是出現(xiàn)一個峰值，而后隨著脈沖時間的增加，閥的噴吹氣量增加了，但閥的單位時間噴吹氣量反而減小了，從一個角度說明并不是脈沖時間越長越好。脈沖時間的增加有雙重效果，第一，閥的噴吹氣量增加了；第二，閥的氣脈沖時間也隨之增加。噴吹氣量的增加是一個線型增加，而氣脈沖時間的增加則不是一個線型增加的過程，從而最終導(dǎo)致閥的單位時間的噴吹氣量先增大再減小的一個過程。但從圖4知道在10ms左右的單位時間噴吹氣量要大于80ms左右的峰值單位噴吹氣量，為什么一般不選用10ms進行噴吹呢？這就得從濾袋袋內(nèi)噴吹壓力和袋壁反向加速度曲線圖上找答案。
根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，在同一坐標系中作出20ms、80ms和200ms三種脈沖時間在0.2MPa脈沖壓力下的濾袋袋底加速度曲線圖（圖5）。
從圖5可以知道，在很短的脈沖時間內(nèi)濾袋還沒有來得及出現(xiàn)最大反向加速度峰值時噴吹就已經(jīng)結(jié)束。再從閥的角度進行分析可知，在10ms的脈沖時間內(nèi)，閥的膜片還沒有達到最大開度就已經(jīng)收到電磁閥關(guān)閉的信號，從而膜片進入關(guān)閉狀態(tài)。況且在小于20ms的時候噴吹氣量是呈現(xiàn)一個指數(shù)關(guān)系，這時氣脈沖時間還處于一個很小的值。這兩方面綜合影響從而導(dǎo)致單位時間噴吹氣量的值大于80ms左右的峰值，這樣的脈沖時間不能作為脈沖清灰的指標時間。從加速度曲線圖上可以看出，70～120ms左右是最佳脈沖時間。
再由圖可知，三條曲線之間相差不大，這就反過來驗證了我們在正交試驗中得出的結(jié)論，即脈沖時間對脈沖噴吹的影響是最小的一個因素。但可以看出80ms脈沖時間下的袋底加速度要稍稍大于其他兩種的加速度，三種脈沖時間下的袋底加速度最大值見表-4。
表-4
|
脈沖時間
(ms) |
濾袋底部最大
反向加速度值(g) |
最大反向加速度值
出現(xiàn)時間(ms) |
最大反向加速度值
結(jié)束時間(ms) |
|
20 |
-5.93 |
70 |
120 |
|
80 |
-7.18 |
70 |
120 |
|
200 |
-5.35 |
70 |
120 |
從表-4我們可以看出，單位時間噴吹量大的80ms脈沖時間的袋底反向加速度要比其他兩種脈沖時間得出的要大，最大反向加速度值出現(xiàn)時間在70ms，結(jié)束時間在120ms左右，這說明70～120ms脈沖時間是閥在0.2MPa脈沖壓力下最佳脈沖時間。
再來看看濾袋內(nèi)噴吹壓力情況。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)作出脈沖壓力為0.2MPa、脈沖時間為100ms的濾袋袋底壓力曲線圖（圖6）。
從圖6可以看出，在50ms以前袋內(nèi)壓力基本為零，在80～150ms內(nèi)袋底壓力為最大，壓力峰值出現(xiàn)在110ms左右。這也與上述袋壁加速度的分析是一致的。
在除塵器設(shè)計中我們應(yīng)該要滿足噴吹氣量是所噴吹濾袋處理風(fēng)量的2～3倍，這樣脈沖噴吹才能滿足清灰強度的要求。實際上脈沖氣體通過噴吹管從噴口以高壓高速的形式噴向濾袋，并且在噴吹過程中誘導(dǎo)數(shù)倍的氣體噴向濾袋，迫使濾袋產(chǎn)生強大的沖擊波，以清除濾袋上的塵餅。上述是我們選擇最佳脈沖時間的前提。
  
3 分析總結(jié)
濾袋袋內(nèi)噴吹壓力和袋壁反向加速度是影響脈沖清灰力度的重要因素，我們在設(shè)計過程中不能想得到高的氣體噴吹量而選擇高的脈沖時間，而是必須考慮濾袋袋內(nèi)壓力和袋壁反向加速度峰值到達的時間。采用高的脈沖時間可以得到較高的氣體噴吹量，卻往往得不到更高效的清灰效果。高的脈沖時間不僅浪費氣源氣體量，而且使單位時間的清灰能力變差。從節(jié)約能源的角度上說低的脈沖時間可以節(jié)省氣源氣體，但低的脈沖時間卻變相的增加了脈沖次數(shù)，也就是在單位時間內(nèi)對濾袋噴吹的次數(shù)增多了，這樣不利于濾袋壽命，同時氣體消耗量也變相的增加。在工程實際應(yīng)用中，我們合理選擇脈沖時間對脈沖清灰和能源節(jié)約起到雙重作用。試驗證明，脈沖時間在60～150ms左右是合適的脈沖時間，這也與工程實際中一般選用100ms脈沖是相吻合的。
選自2009全國袋式除塵技術(shù)研討會論文集 | 
