（环境工程专业论文）布袋除尘器分室脉冲引射清灰机理研究.pdf

厂 1 1 爱 ad i s s e r t a t i o ni ne n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g s t u d y o n c l e a n i n gm e c h a n i s m o fc h a m b e r p ej e ti n j e c t i o nb a gf i l t e r b yw u y a n s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t e p r o f e s s o rh a ow e n g e n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u l y2 0 0 8 l一 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：欤髫 日期：旷莎歹形 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年o 一年口一年半口两年口 学位论文作者签名： 头彬 签字日期：渺彦多歹8 导师签名 签字日期 捌 l 东北大学硕士学位论文摘要 布袋除尘器分室脉冲引射清灰机理研究 摘要 布袋除尘器作为一种高效除尘设备，广泛应用于各类除尘工艺中。选择适宜的滤料 和有效的清灰方式是袋式除尘器应用是否成功的两项关键因素，滤料直接决定滤袋的使 用寿命和过滤性能，清灰技术则关系到除尘器的长期稳定运行。分室脉冲引射袋式除尘 器是一种新型除尘器，其清灰方式为打开清灰分室的电磁脉冲阀，喷嘴喷出高速气流， 引射出风集气箱中其它分室净化后的空气，射流气体经引射口进入分室气箱，在滤袋内 形成反向气流，将滤袋外表面的粉尘层剥离，实现清灰目的。与气箱式脉冲喷吹袋式除 尘器相比，脉冲引射清灰是一种在线清灰方式，无需设置气流切换阀，结构相对简单， 运行更加可靠。 针对分室脉冲引射清灰过程，首先运用可压缩气体绝热流动能量方程推导出喷口的 出口流速和质量流量；继而根据自由射流理论推导出不同射流断面流量的平均动能的计 算式；最终根据滤袋内反吹风速与进入引射口气体流量和平均动能的关系，得到在粉尘 负荷一定条件下，形成预定的反吹风速所必须的喷吹压力、喷口直径、喷射距离、引射 口直径。对分室脉冲引射清灰过程的数学描述，为清灰系统的设计奠定了理论基础。 为了检验理论研究成果正确与否以及考察相关因素对清灰效果的影响，实验测试了 不同粉尘负荷、喷吹压力、喷口直径条件下的粉尘层剥离率。实验结果表明：在喷吹压 力一定的条件下，剥离率随着粉尘负荷的增大而增加，当粉尘负荷大于1 4 k g m 2 时，剥 离率增加趋于平缓；在粉尘负荷一定的条件下，剥离率随着喷吹压力的增大而增加，当 喷吹压力大于0 3 m p a 时，剥离率增加趋于平缓：在喷吹压力和粉尘负荷相同的实验条 件下，喷口直径3 m m 时比2 m m 时的剥离率大。通过对实验结果的整理分析，发现反向 气流对粉尘层形成的粘性剥离力和剥离率之间有较好的相关性。证明粘性剥离力是实现 滤袋清灰的主要动力。 基于对分室脉冲引射清扶机理的理论和实验研究成果，提出了分室脉冲引射袋式除 尘器清灰系统的设计方法：根据预期的剥离率，运用剥离率和剥离力的关系确定粉尘层 剥离力；根据剥离力计算式确定反吹风速；根据反吹风速计算式计算出所需喷口直径、 喷射距离和引射口直径。系统的清灰设计方法为除尘器的整体结构设计奠定了必要的基 础。 关键词：袋式除尘器；分室脉冲引射 清灰机理；剥离率；剥离力 - 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t s t u d y o n c l e a n i n gm e c h a n i s m o fc h a m b e r t y p e j e ti n je c t i o nb a gf i l t e r a bs t r a c t b a gf i l t e rw a sak i n do fd u s ts e p a r a t o rw i t hh i g he f f i c i e n c y i tw a sw i d e s p r e a da p p l i e di n v a r i o u sd u s t c l e a n i n gp r o c e s s e s c h o o s i n gs u i t a b l ef i l t e rm a t e r i a la n de f f e c t i v ed u s t c l e a n i n g m o d ew e r ek e yf a c t o r sf o rs u c c e s s f u lb a gf i l t e r f i l t e rm a t e r i a ld i r e c t l yd e t e r m i n e dl i f e s p a no f f i l t e r - b a g d u s t - c l e a n i n gt e c h n i q u ea f f e c t e dt h es t a b i l i t yo fb a gf i l t e r c h a m b e rt y p ej e t i n j e c t i o nb a gf i l t e rw a san e wp a t t e r n i t sd u s t c l e a n i n gm o d ew a st h a te l e c t r o m a g n e t i cp u l s e v a l v es t a r t e dw h e nd u s t - c l e a n i n gb e g a n h i g h p r e s s u r eg a sj e t t e df r o mn o z z l e i nt h e m e a n w h i l eag r e a td e a lo fa i rf r o mt h ee x h a u s tp a s s a g ew a si n j e c t e d t h ea i re n t e r e dc h a m b e r a i rb o xf r o mi n j e c t i o na p e r t u r e r e v e r s a la i rv e l o c i t yf o r m e di nf i l t e r - b a g d u s to nt h es u r f a c e o ff i l t e r - b a gw a sp e e l e do f f t h e nt h ep u r p o s eo fd u s t c l e a n i n gw a so b t a i n e d c o m p a r i n g c h a m b e rt y p ej e ti n j e c t i o nb a gf i l t e rw i t ha i rc h a m b e rt y p ep u l s e - j e tb a gf i l t e r , t h ef o r m e r m o d ew a sa no n l i n es y s t e m i to m i t t e da i r s w i t c h i n gv a l v e s oi t s f r a m ew a ss i m p l e c o m p a r a t i v e l ya n dr u n n i n gw a sm o r er e l i a b l e a i m i n g a tc h a m b e r t y p ej e ti n j e c t i o nb a gf i l t e r , f i r s t l yv e l o c i t ya n dm a s sa i ra m o u n tw c r c d e d u c e da p p l i e dc o e r c i b l eg a sh e a ti n s u l a t i n ge n e r g ye q u a t i o n ；t h e na p p l y i n gf r e e - j e ts t r e a m t h e o r y , a i ra m o u n ta n da v e r a g ee n e r g yo fi n j e c t i n gp r o f i l ew e r es t u d i e d ；f i n a l l ya c c o r d i n gt o t h er e l a t i o n s h i po fr e v e r s a la i rv e l o c i t ya n da i ra m o u n ta n da v e r a g ee n e r g y , t h ec a l c u l a t i o n f o r m u l a so fn e c e s s a r yj e t t i n gp r e s s u r e ，n o z z l ed i a m e t e r e j e c t i n gd i s t a n c e ，i n j e c t i o na p e r t u r e d i a m e t e ra n ds i d em o u t hd i a m e t e ru n d e rac e r t a i nd u s tl o a dw e r eo b t a i n e d t h em a t h e m a t i c a l d e s c r i b ef o rd u s t - c l e a n i n gc o u r s eo fc h a m b e rt y p ej e ti n j e c t i o nb a gf i l t e rs e t t l e dt h e o r e t i c a l b a s i sf o rt h ed e s i g no fd u s t - c l e a n i n gs y s t e m i no r d e rt oc h e c kt h et h e o r yf r u i ta n dr e v i e wt h ei n f e c t i o no fc o r r e l a t i v ef a c t o r sf o r d u s t - c l e a n i n ge f f e c t ，t h ed u s t - c l e a n i n ge f f i c i e n c yr e s p e c t i v eu n d e rd i f f e r e n td u s tl o a d ，j e t t i n g p r e s s u r ea n dn o z z l ed i a m e t e rw a st e s t e db ye x p e r i m e n t t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t e d t h a t ：u n d e rac e r t a i nj e t t i n g p r e s s u r e ，d u s t - c l e a n i n ge f f i c i e n c yi n c r e a s e dq u i c k l yw i t h m r i n c 托m e n to fd u s tl o a d w h e nt h ed u s tl o a dw a sl a g e rt h a n1 4 k g m 2 ，t h ei n c r e m e mo f e f f i c i e n c yw e n tt os l o w n e s s ；u n d e rac e r t a i nd u s tl o a d ，d u s t c l e a n i n ge f f i c i e n c y i n c r e a s e d q u i c k l yw i t hi n 凹e m e mo fj e t t i n gp r e s s u r e w h e nt h ej e t t i n gp r e s s u r ew a sl a g e r t h a n0 3 m p a ， t h ei n c r e m e n to fe f f i c i e n c yw e n tt os l o w n e s su n d e rt h es a m ej e t t i n gp r e s s u r ea n dd u s tl o a d ， d u s t c l e a n i n ge f f i c i e n c yw i t h3 m mn o z z l ed i a m e t e rw a sb i g g e rt h a n t h a tw i t h2 m mn o z z l e d i a m e t e r b ya n a l y z i n ge x p e r i m e n t a ld a t ai td i s c o v e r e dt h a tb e t w e e nd e t a c h m e n ts t r e s sa n d d u s t c l e a n i n ge f f i c i e n c yt h e r ew a sag o o dc o r r e l a t i o n s oi tp r o v e dt h a ts t i c k yd e t a c h m e n t s t r e s sw a st h em a i np o w e rf o rd u s t - c l e a n i n ge f f e c t b a s e do nt h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n t a lr e s e a r c hf o rc h a m b e rt y p ej e ti n j e c t i o nb a gf i l t e r , t h ed e s i g nm e t h o do fd u s t - c l e a n i n gs y s t e mw a sp u tf o r w a r d ：f i r s t l yb a s e do np r o s p e c t i v e e f f i c i e n c y , d e t a c h m e n ts t r e s sw a sd e t e r m i n e da c c o r d i n gt or e l a t i o n s h i pb e t w e e nd e t a c h m e n t s t r e s sa n dd u s t - c l e a n i n ge f f i c i e n c y ；r e v e r s a la i rv e l o c i t yw a sc a l c u l a t e db a s e do nd e t a c h m e n t s t r e s s ；t h e nn e c e s s a r yi n j e c t i o na p e r t u r ed i a m e t e r , e j e c t i n gd i s t a n c e ，a n da i rd e m a n dw e r c o b t a i n e db a s e do nt h ef o r m u l ao fr e v e r s a la i rv e l o c i t y s y s t e m i cd u s t - c l e a n i n gd e s i g nm e t h o d e s t a b l i s h e de s s e n t i a lf o u n d a t i o nf o ro v e r a l ls t r u c t u r ed e s i g no fb a gf i l t e r k e y w o r d s ：b a gf i l t e r ；c h a m b e rt y p ej e ti n j e c t i o n ；m e c h a m s mo fd u s t c l e a n i n g ；d u s t c l e a n i n g e f f i c i e n c y ；d e t a c h m e n ts t r e s s i v - 一 东北大学硕士学位论文 目录 目录 独创性声明i 摘要i i a b s t r a c t i i i 目录v 第一章绪论1 1 1 弓i 言1 1 2 袋式除尘器发展研究1 1 2 1 国外袋式除尘器发展研究1 1 2 2 国内袋式除尘器发展研究2 1 3 滤料发展应用研究6 1 4 过滤机理研究7 1 5 清灰研究。9 1 6 课题研究意义1 2 1 7 课题研究内容1 2 第二章分室脉冲引射清灰理论研究1 5 2 1 分室脉冲引射袋式除尘器工作原理1 5 2 2 清灰理论研究1 6 2 2 1 喷口的流速和流量。1 6 2 2 2 射流断面的气体流量和平均动能1 8 2 2 3 反吹风速2 4 2 3 小结2 7 第三章分室脉冲引射清灰实验研究2 9 v 东北大学硕士学位论文 目录 3 1 实验系统。2 9 3 2 实验方法3 0 3 2 1 粉尘粒径分布的测定3 0 3 2 2 净袋阻力特性的测定3 0 3 2 3 粉尘层阻力特性的测定3 1 3 2 4 清灰效果实验3 2 3 3 结果与讨论3 4 3 3 1 粉尘粒径分布3 4 3 3 2 净袋阻力特性3 6 3 3 3 粉尘层阻力特性3 7 3 3 4 影响因素与清灰效果的关系3 9 3 4 j 、结4 6 第四章清灰系统设计方法4 9 4 1 清灰系统设计方法4 9 4 2d 、结51 第五章结论与展望5 3 5 1 结论5 3 5 2 展望5 3 参考文献5 5 致谢5 9 硕士期间发表论文6 1 v l 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论弟一早珀 了匕 袋式除尘器是环保领域中控制烟尘、工业粉尘污染的重要手段之一，也是各种工业 领域中粉体回收的主要手段。它的最大优点是除尘效率高，在实际应用中能达到9 9 9 9 ， 处理后烟气中烟尘浓度可达到2 m g n m 3 以下，这是其它除尘器不可能做到的【1 】o 近年来， 随着粉尘排放标准的提高，袋式除尘技术广泛应用于冶金、机械、化工、建材、粮食及 其它工业部门，在大气污染、环境保护及人体健康、回收利用物料等方面发挥着重要作 用【2 1 0 目前袋式除尘器正向大型化发展，结构从小型单室发展到多室，过滤面积从几平方 米发展到几万平方米，每小时处理风量从几十万立方米发展到几百万立方米，一个袋室 可集中数干条滤袋，规格越来越大，并且采用滤袋架整体安装的单元组合形式，开发了 多种结构紧凑轻巧的袋式除尘器。 1 2 袋式除尘器发展研究 1 2 1 国外袋式除尘器发展研究 袋式除尘器早在1 9 世纪8 0 年代就开始应用于生产实践q ， 3 j ，1 8 8 1 年，德国贝特 ( b e t n ) 工厂的机械振打清灰袋式除尘器取得了德国专利，从此开始了袋式除尘器的商 业化生产【4 1 。1 9 2 0 年又出现了反吹风清灰方式，进而出现了反吹风和机械振动二者结合 起来的清灰技术1 5 1 。1 9 5 4 年，h j h e r s e y 发明了逆喷型吹气环清灰方式，首次实现了 连续在线清灰，它运行阻力稳定，过滤风速提高了几倍【刚。1 9 5 7 年，t v r e i n a n e r 发明 了脉冲喷吹袋式除尘器，除尘器内部无运动部件，滤袋压力损失更趋于稳定，处理气量 进一步增大，这被认为是袋式除尘技术的一次革命1 7 1 。1 9 6 2 年，日本首先研发成功了回 转反吹袋式除尘器，同时美国也推出r j 、r f 、p n 等型号的系列产品，适用于中、小风 量的废气处理l 引。1 9 7 0 年以后，袋式除尘器技术向大型化发展，美、日、澳及欧洲等国 家，结合大规模工业生产，相继开发了大型袋式除尘器，应用于燃煤电站、干法水泥回 东北大学硕士学位论文第一章绪论 转窑窑尾和电炉除尘，很多除尘器单台过滤面积超过一万平方米【9 1 。但是电除尘器的使 用比例还是较大，袋式除尘器约占3 0 。澳大利亚从2 0 世纪8 0 年代就开始实施“电改 袋 工程；在欧洲，袋式除尘器的使用比例接近5 0 ；同时，日本和韩国等另外一些发 达国家也纷纷将静电除尘器改造成袋式除尘器，迄今为止发达国家已基本走完了用袋式 除尘器取代或改造静电除尘器或其他种类除尘器的过程。 1 2 2 国内袋式除尘器发展研究 我国5 0 年代初期从前苏联整机引进机械振动+ 反吹风袋式除尘器，用于冶金、水泥、 耐火材料等行业，6 0 年代因其技术缺陷而逐渐被淘汰。6 0 年代中期，北京建材研究院 在实验室研究出吹气环袋式除尘器，但未能在生产上得到实际应用。6 0 年代后期，鞍山 焦耐院研制出m c 型脉冲喷吹袋式除尘器，其工作原理如图1 1 所示。 1 进风口2 中部箱体3 滤袋4 文氏管5 上部箱体6 排风口7 袋笼8 喷射管9 气包1 0 脉冲阀 1 l 控制阀1 2 控制气1 3 集灰斗1 4 卸灰阀1 5 花孔板 图1 1 脉冲喷吹袋式除尘器工作原理 f i g 1 1t h e o r yo fp u l s e - j e tb a gf i l t e r 脉冲喷吹袋式除尘器是利用压缩空气向每捧滤袋内定期轮流喷吹，造成与过滤气流 相反地逆气流反吹和振动作用，用以清除滤袋表面粉尘的除尘器。脉冲袋式除尘器比一 般袋式除尘器清灰能力强，能保持较高的过滤风速【l o l 。含尘气体由进风口1 进入装有若 东北大学硕士学位论文第一章绪论 干滤袋3 的中部箱体2 内，当含尘气体经过滤袋3 时，粉尘被阻留在滤袋外表面上净 化后的干净气体经文氏管4 进入上部箱体5 ，最后由排风口6 排出。滤袋通过袋笼7 固 定在花孔板1 5 上。每排滤袋3 上部都装有一根喷射管8 ，喷射管上有直径6 4 m m 小喷 孔，并与每条滤袋中心相对应。喷射管前装有与空气压缩机相连的脉冲阀1 0 ，脉冲阀与 小气包9 连接。控制器1 2 定期发出短促的脉冲信号。通过控制阀1 1 有序地控制脉冲阀 的开启。当脉冲阀开启时( 只需o 1 加1 2 s ) ，与脉冲阀相连的喷射管与气包相通，高压空 气从喷射孔中以极高的速度喷出。高速气流周围形成一个相当于自己体积5 _ - 7 倍的诱 导气流，一起经文氏管进入滤袋内，使滤袋剧烈膨胀，引起冲击振动。同时在瞬时内， 产生由内向外的逆向气流，使粘在滤袋外表面及吸入滤袋内部的粉尘吹扫下来。吹扫下 来的粉尘落入下部箱体集灰斗1 3 内，最后经卸灰阀1 4 排出。各排滤袋依次轮流得到清 灰，待一周期后，又重新开始轮流。这就是脉冲袋式除尘器的整个工作过程。 脉冲喷吹袋式除尘器按喷吹气源压力不同，分为高压脉冲和低压脉冲两类。高压脉 冲空压机提供气源，喷吹压力为o 4 加7 m p a ；低压脉冲是新发展起来的一种清灰技术， 采用低压气泵供气，压力为0 0 5 加0 7 m p a 。脉冲喷吹清灰一般采用高压脉冲，借助空气 压缩机，向袋滤室内的文氏管吹入高压高速的压缩空气，使文氏管内部造成局部负压， 从而诱导周围空气进入滤袋内，造成滤袋产生瞬间的脉冲膨胀变形，产生有利于滤袋表 面粉尘脱落的冲击力，使粉尘断裂剥落，达到清灰的目的。脉冲喷吹清灰一般都用于外 滤式圆袋形除尘器上，也用于近年新发展起来的滤筒式除尘器。因其采用总箱式结构， 实际运行中出现“再吸附现象”严重，造成机组内阻力失控，检修量大。 7 0 年代初，我国出现了反吹风玻纤袋式除尘器，用于立窑除尘。由于当时对立窑烟 气认识不够，技术参数选择不当，加之缺乏合理的清灰制度，以后几乎全部停用。1 9 7 4 年新一代反吹风玻纤袋式除尘器首次成功用于湖南辰溪水泥厂立筒预热器窑尾烟气除 尘后，反吹风技术在水泥行业得以迅速发展，取得多项成果，先后成功应用于余热锅炉 窑、分解炉窑窑尾、机立窑和烘干机的烟气除尘。 1 9 7 5 年机械部第一设计研究院首次研制开发出了回转反吹扁袋式除尘器，1 9 7 9 年编 制了回转反吹圆袋式除尘器系列化设计，现有z c 、l m f 、f d 、l d b 等十六个系列，在 国内获得广泛应用，其工作原理如图1 2 所示 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 齿轮组2 行星摆线减速机3 吹振阀4 软连接5 反吹风机6 除尘器盖7 观察孔8 旋转揭盖装置9 清洁室1 0 进气口1 1 过滤室1 2 人孔门1 3 支座1 4 灰斗1 5 排灰阀1 6 滤袋1 7 花板1 8 滤袋框架 1 9 滤袋导器2 0 出气口2 1 旋臂2 2 换袋人孔 图1 2 f d 型回转反吹袋式除尘器原理 f i g 1 2t h e o r yo ff ds t y l er o t a r yr c v c i s cb a gf d t e r f d 型回转反吹袋式除尘器主要由底座、下花板、壳体、卸灰装置、滤袋、花板、 顶部装置、回转反吹装置、保温层等部分组成【l l 】，是由一个低效率的旋风筒和高效率的 袋除尘器组成的一个复式除尘器。含尘气体经上部入口沿切线方向进入壳体的上部空 间，较大的粉尘颗粒在离心力作用下分离出去，沿壳体内壁逐渐落入灰斗中，小颗粒粉 尘悬浮于气体中，弥漫在过滤袋之间，气体穿过滤袋进入袋内，粉尘被捕集下来，净化 后的气体汇集在上部气室经出口排出。气体中的粉尘被滤袋阻滞在滤袋外面，清灰时， 反吹风机将反吹风自中心管送到顶部旋臂内，气流由旋臂垂直向下反吹，把沉积在滤袋 表面的外侧粉尘清落，从而达到清灰的目的。清灰旋臂每旋转1 圈，内外各圈上的每一 个滤袋均被清灰一次。 回转反吹袋式除尘器多为外滤式，采用分圈反吹方式。反吹风机风压一般为 3 5 0 0 p a 4 5 0 0 p a ，清灰效果介于反吹风和脉冲清灰之间，但不需压缩空气。回转反吹袋 式除尘器自问世以来，以其占地面积较小、抗爆能力好、易损件少等特点，一度成为袋 式除尘器的首选设备。但随着气箱式脉冲袋式除尘器等新型除尘设备的异军突起，机械回 转反吹袋式除尘器的一些性能、结构缺陷逐渐凸现，尤其是其反吹动量不足、清灰效果不 佳等成为制约其发展应用的不利因素l 闭。业内有关人员虽采用一些新技术给予弥补，但 p q 东北大学硕士学位论文第一章绪论 因力度不大或过于复杂而未获推广 1 9 8 9 年开始，我国引进了美国f u l l e r 公司的气箱式脉冲袋式除尘技术，首次在邯郸 水泥磨系统应用获得成功后，在水泥行业引起极大关注，是近几年来水泥磨系统的首选 设备。其工作原理如图1 3 所示。 1 袋室2 滤袋3 净气管路4 阀片5 执行机构6 分室气箱7 电磁脉冲阀8 压气包9 连接管和喷口 1 0 灰斗1 1 进风口 图1 3 气箱式脉冲清灰系统简图 f i g 1 3s k e t c ho f a i rc h a m b e r t y p ep u l s e - j e td u s t - c l e a n i n gs y s t e m 含尘气体由进风口进入灰斗后，一部分较粗尘粒在这里由于惯性碰撞、自然沉降等 原因落入灰斗，大部分尘粒随气流上升进入袋室，经滤袋过滤后，尘粒被阻留在滤袋外 表面，净化后的气体则通过滤袋内侧进入分室气箱，再由阀板孔、出风口排入大气，达 到除尘的目的。随着过滤过程的不断进行，滤袋外侧的积累粉尘也逐渐增多，从而除尘 器的运行阻力也逐渐增高，当阻力达到预先设定值时开始清灰。清灰控制器发出信号， 首先气流切换阀动作，阀片阻断过滤气流，停止过滤过程，然后电磁脉冲阀打开，以极 短的时间向气箱内喷入压缩空气。压缩空气在气箱内迅速膨胀，涌入滤袋内部，使滤袋 产生变形、震动，加上逆气流的作用，滤袋外部的粉尘便被清除下来掉入灰斗，清灰完 毕后，提升阀再次打开，除尘器又进入过滤工作状态。气箱式脉冲清灰大致可分为三个 阶段：第一阶段，脉冲阀打开时压缩空气瞬间喷入净气室，从而涌入滤袋使滤袋发生高 频低幅的振动；第二阶段，压缩空气产生的脉冲使滤袋从原过滤时以星状依附在骨架上 面到向外弹出，从而喷吹掉沉积在袋面上的粉尘；第三阶段，随着压缩空气的不断涌入， 继续清掉滤袋上的残留粉尘，直至“清灰彻底 为止。完成以上三个阶段仅需o 1 加2 s 东北大学硕士学位论文第一章绪论 ( 脉冲宽度) 【1 3 l 。压气脉冲喷吹气流的注入改变了气箱中的气体状态( 指气体的压力和 密度) ，会对花板下方的滤袋造成气流反向流动和抖动，从而得以清除滤袋表面的粉尘 层1 1 4 l 。 气箱式脉冲袋式除尘器分为若干分室，各分室内设置1 8 至4 0 条滤袋。在除尘器净 气侧的通道中，每室均设有气路切换阀和一个电磁脉冲阀以实现离线脉冲清灰。所谓离 线清灰就是停风喷吹清灰，是在切断过滤气流的条件下对滤袋进行喷吹清灰，从而避免 了“粉尘再吸附 ，达到彻底清灰。这与直接脉冲袋式除尘器相比，具有许多显著的优 点。直接脉冲喷吹是在每行滤袋上方设置脉冲喷吹管，而且在袋口设置文丘里管，气箱 式袋式除尘器与不必在每行滤袋上方设置脉冲喷吹管，而且在袋口不需设置文丘里管， 另外电磁脉冲阀用量少，滤袋的安装与拆卸比较方便，减少了除尘器维护工作量。气箱 式脉冲袋式除尘器可大型化，用以处理大量烟气，一般每台处理风量可达到每小时数万 立方米至数十万立方米。因而气箱式脉冲袋式除尘器得到了广泛的应用。 我国袋式除尘技术发展至8 0 年代末，其品种、规格、技术水平已接近世界先进水 平，到9 0 年代中期，我国袋式除尘器技术的发展主要体现在滤料和清灰系统的技术发 展上。滤料的品种和质量是衡量袋式除尘器技术水准的一个重要因素，它影响滤袋的寿 命；清灰系统是袋式除尘器的消化器官，袋式除尘器的运行效果稳定与否很大程度上取 决于清灰效果的好坏 1 3 滤料发展应用研究 滤料是袋式除尘器的主要部件，其造价占整个设备的1 0 - 1 5 。滤料有一定的使用 寿命，滤袋的更换会增加设备运行费用。随着科学技术的发展和环保要求的提高，滤料 也在不断发展【1 5 1 。 最初2 0 世纪5 0 年代使用的滤袋只有用天然纤维( 如棉花、羊毛、丝) 织制成的。 棉织物虽然价格便宜，但不耐高温，工作温度达6 0 和稀酸条件下易于破坏，棉布耐碱 性能好且棉纤维为非弹性的，尺寸稳定性好。在正常情况下，棉布吸湿性较好，耐磨性 中等。毛织滤料透气性能好，阻力小，容尘量大，过滤效率高且易于清灰，但由于毛料 造价高于棉布和合成纤维，使用不是很普遍 随着工业的发展，人造纤维、合成纤维及无机纤维的生产和大量供应，为袋式除尘 器提供了许多耐腐蚀、耐高温及性能良好的滤料。这不仅降低了袋式除尘器的造价，还 东北大学硕士学位论文第一幸绪论 扩大了它的适应性2 0 世纪6 0 年代相继出现的玻璃纤维、耐热尼龙( n o m e x ) 、特氟纶 ( t e f l o n ) 等滤料，使袋式除尘器可直接过滤2 0 0 3 0 0 c 含尘气体成为现实。玻纤滤料 用于高温过滤目前在日本、德国等国家得到了比较广泛的使用。2 0 世纪7 0 年代以来， 滤料及针刺滤料被广泛应用，这种滤料造价低，制造简单，过滤性能好。由于毡料本身 构造厚，能形成多绒、多微孔的滤层，所以，除尘的惯性碰撞、扩散等效应大多是在毡 料的表面及内部发生，因而初始粉尘形成的“第二过滤层 的作用就不如纺织滤布那样 明显。纺织滤布其除尘效率可达9 9 9 以上，是一种十分理想的过滤材料。 最近又出现了一种叫g o r e t e x 的薄膜滤料，它是一种g o r e t e x 薄膜层压在毡式编 织物的底层上，这层薄膜是用膨体聚四氟乙烯做成的一种薄而致密、光滑、多微孔的薄 膜，它是进行过滤的主要介质，因而其粉尘颗粒的逸出量接近于零，且阻力较低，通过 的气体量更高，这种滤料的过滤也叫表面过滤。底层主要起支撑表面薄膜的作用，根据 耐温耐腐蚀等方面的要求，可用不同的底层材料，如涤纶毡、丙纶毡、n o m e x 毡、玻璃 纤维等，这样不仅可以节省聚四氟乙烯用量，还可以节约成本。g o r e t e x 滤料的过滤效 率非常高，即使对于小于1 m 的粉尘，其过滤效率仍在9 9 9 9 以上，虽然初始阻力高 于普通滤料，但随着时间推移，阻力增加较慢。g o r e t e x 滤料清灰性能好，其寿命可达 2 巧年。与玻璃纤维滤料相比，其过滤风速提高3 倍，故滤袋面积可减少一倍以上，除 尘器投资可节省2 5 ，操作运行费用可节省2 0 - - 4 0 ，用于改造旧有的除尘器十分方 便。因此，g o r e - t e x 的薄膜滤料是一种具有发展前途的过滤滤料。 过滤材料研究的每一次重大突破，都使它的应用范围进一步扩大，使用效果更加可 靠。可以预料，今后在滤料研究方面将会有更大的发展，使它可以用于更高温度工况条 件下的消烟除尘i l o l 。 1 4 过滤机理研究 过滤理论，特别是空气过滤理论的研究早在2 0 世纪已经开始，过滤理论由早期的经 典过滤理论发展到了现代过滤理论及微孔过滤理论。1 9 2 2 年r r e u n d i c h 发展了对气溶胶 过滤规律的认识，提出在0 1 加2 p a n 半径范围内气溶胶颗粒存在最大渗透率的观点。1 9 3 6 年l ( a u 劬觚n i l 6 j 首先把布朗运动和惯性沉淀的概念一同应用到纤维过滤理论中，推导出 过滤捕集作用的数学公式。1 9 4 2 年l a n g m u i r 1 6 l 继续对过滤理论进行深入研究，认为过滤 是截留和扩散的集合，惯性粒子在过滤纤维上的沉淀是可以忽略的。1 9 5 2 年 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 c n d a v i e s 1 7 】把扩散、截留和惯性二种机制结合起来并用公式表示出来，从而建立了新 的过滤理论孤立纤维理论，这个理论在分析纤维过滤作用时具有重要作用。 随着少学者的深入研究，过滤机理开始向现代过滤理论发展。1 9 5 8 年蹦e d l a n d e i i 强j 及1 9 6 7 年y o s h i o k a l l 9 i 和他的同事发展了独立纤维理论，对较大r c y n o l d 数情况下颗粒的 惯性和扩散沉积，包括重力效应和过滤器阻塞现象进行了研究和总结。1 9 7 6 年p i c k a a r 和c l a r c n b u r g 和试图提出纤维过滤器微孔结构的数学理论。1 9 8 7 年p i c h 和1 9 3 3 年 b r o w n 2 0 l 【2 1 l 也在其专著中描述了过滤理论的最新发展。1 9 2 2 年p a y e 和a t t o u i 2 2 l 考虑了 气体在单一纤维上的滑动，对经典过滤理论引入修正系数，使得理论与实验数据更好地 吻合。1 9 5 5 年r o s n e n 【2 3 l 提出分散在单一纤维体表面的颗粒以不规则的分布和常常形成 树枝状结构为特征，建立了最新改善的理论和颗粒在单一纤维体上的空间分布，利用此 理论和计算程序可预测颗粒的沉积。付海明等也通过编程模拟了枝状沉积过程。 早期的经典过滤理论主要以“单一纤维模型”为基础，认为过滤效率由三种机制决 定：( 1 ) 惯性效应：( 2 ) 截留效应；( 3 ) 扩散效应。现代过滤理论证明了惯性沉淀的正 确性和最大穿透力粒子的存在，认为整个颗粒的捕集依靠多种捕集机理的联合作用，过 滤机理主要有：( 1 ) 筛滤效应：粉尘的颗粒直径较滤料纤维间的空隙或滤料上粉尘间的 空隙大时，粉尘被阻留下来。对于常用的织物滤料来说，这种效应是很小的，因为纤维 之间的空隙往往大于粉尘颗粒直径，只是当织物上沉积大量粉尘后，筛滤效应才充分显 示出来；( 2 ) 惯性碰撞：含尘气流接近于滤料纤维时，气流绕过纤维，但1 z m 以上的 较大颗粒由于惯性作用偏离气体流线，仍保持原有方向，撞击到纤维上，粉尘被捕集下 来；( 3 ) 钩附效应：含尘气流接近于滤料纤维时，微细的粉尘仍保留在流线内，这时流 线比较紧密，如果粉尘颗粒半径大于粉尘中心到纤维边缘的距离，粉尘即被捕获；( 4 ) 扩散作用：粉尘粒径小于0 2 # m 时，气体分子做布朗运动增加了与纤维接触的机会， 使粉尘被捕获；( 5 ) 重力作用：颗粒大、比重大的粉尘，在重力作用下沉落下来：( 6 ) 静电作用：如果粉尘与滤料的荷电相反，则粉尘易于吸附于滤料上而被捕集。 上述几种捕集机理的作用如图1 4 所示。但是，通常并不是都同时有效，起主导作 用的往往是一种机理或者是两、三种机理的联合作用。根据粉尘性质、袋滤器结构特性 及运行条件等实际情况的不同，各种机理的重要性也不相同。 j _ 、 ， l 磕 东北大学硕士学位论文第一幸绪论 1 5 清灰研究 图1 4 袋式除尘器的除尘机理 f i 9 1 4 t h ec o l l e c t i o nm e c h a n i s mo f f a b r i cf i l t e r 在滤袋除尘器的使用过程中，清灰效果的好坏是影响滤袋稳定运行的关键因素。现 阶段袋式除尘器多采用脉冲清灰技术，一般认为高压脉冲清灰强度大，低压脉冲对滤袋 的损伤较小。目前虽有不少低压改进技术，但高压脉冲仍应用较广。现在国内外学者的 分歧主要在于袋式除尘器的清灰主要依赖于反吹脉冲气流作用还是惯性力作用。 js i e v e r t 和fl o e f f l e 2 4 l 采用图1 5 和图1 6 所示的实验设备分别研究了反吹气流作用 和加速度作用对清灰效果的影响，研究发现，二者在一定条件下对清灰效果都有不同程 度的影响。 加速装置 测压点 图1 5 反吹气流清灰实验装置 f i g 1 5 e x p e r i m e n t a ld e v i c eo fd i v e r s e 压缩 _ i 卜- 一 气体 图1 6 力1 速度清灰实验装置 f i g 1 6 e x p e r i m e n t a ld e v i c eo fa c c e l e r a t i o n f l o wc l e a n i n g c l e a n i n g 图1 7 显示了反吹气流量与清灰效率的关系。从图中可以