（环境工程专业论文）袋式除尘器脉冲喷吹系统优化实验研究.pdf

型坠_ 1 1 1 1 1 洲眦 论文题目：袋式除尘器脉冲喷吹系统优化实验研究 y 2 118 15 3 学科名称：环境工程 研究生：阎静 签名：l 望垴圭 指导教师：徐国胜教授 签名：五盆塑避 黎七中高工签名：盔七生 摘要 随着国家大气污染物排放标准日益严格，高效除尘技术愈显其重要性。环保产业协会 提出在“十二五 期间需在全国全面加强工业烟尘的控制。在袋式除尘器方面，进一步开 发和拓展袋式除尘器的应用领域，提高袋式除尘器在不同应用领域运行和维护的技术水 平。开发针对p m 互。超细粉尘去除技术。所以，研究开发出技术先进、运行成本低、具有 较强市场竞争力的脉冲喷吹袋式除尘器对我国环保产业发展有着重要意义。 本文基于按工业除尘器l ：1 大小自主研发的实验系统，针对圆形滤袋和扁形滤袋的 各主要清扶影响因素进行了全面系统的优化实验研究，得到以下结论： ( 1 )通过对实验测试系统的优化实验，得知加速度传感器适合安装在滤袋左右侧 面，传感器安装方式采用紧固式以及测点距离的确定。 ( 2 )相对常规滤袋，1 6 0 m m x9 m 规格的长型滤袋或者扁形滤袋均能显著提升清灰性 能。 ( 3 )喷吹效果需要依据单位时间耗气量来判别，对于文氏管，一定程度的偏离安 装对清扶效果影响不大。 ( 4 )靠近脉冲阀的喷嘴位置对应的滤袋加速度值最小，与脉冲阀相距越远，加速 度值越大。 ( 5 ) 圆形滤袋中脉冲时间为l o o m s 最好，喷嘴孔径为2 2 m m 最合适：扁形滤袋中，喷吹 气压为0 0 8 5 m p a 以及脉冲时间为1 0 0 m s 最合适。 关键词：袋式除尘器；消灰装置：脉冲阀；扁形滤袋 t i t l e ：e x p e r i m e n t a lr e s e a r c h o fp u l s ec l e a n i n go fb a g f i l t e r m a j o r = e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g n a m e - j i n g y a n s u p e r v i s o r = p r o f g u o s h e n gx u s e n i o re n g i n e e rq i z h o n gl i s i g n a t m ：1 盟坠2 s i g n a t u r e ：鱼釜鲰比 s i g n a t u r e ：垒i 兰生! 翌l ： a b s t r a c t a st h es t a n d a r do fa t m o s p h e r ec o n t a m i n a t i o ng o e ss t r i c t e rd a yb y d a y , t h es k i l lo f b a g l l o u s ef i l t e rb e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t a m o n g t h eb a g h o u s ef i l t e r , p u l s ec l e a n i n g h a sg o o dd u s tm o v i n gi m p a c t ，h i g hc l e a n s i n ge f f i c i e n c ya n ds oo n a c c o r d i n g t ot h e s t r o n g p o i n t s ，p u l s ec l e a n i n gi st h em o s t r i f ea n de f f i c i e n c yi nt h ew o r l d r e s e a r c h i n gp u l s e c l e a n i n gw h o h a sm o r ea d v a n c e ds k i l l sa n da b i l i t yt oc o m p e t eh a si m p o r t 锄tm e a n l n g 1 no u r e n v i r o n m e n tc o n t a m i n a t i o np r o j e c t t h i sp a p b a s e do nt h es i z eo ft h eb a gh o u s ef i l t e ri nt h ei n d u s t r i a l1 - 1 ，i n d e p e n d e n t r c s e a r c h 锄dd e v e l o p m 朗to ft h es y s t e mb yo n e s e l f , c o n t r a p o s et h ei m p a c tf a c t o ro fr o t u n d i t y t i l t e rb a ga n de l l i p s ef i l t e rb a g , w ec a n k n o wb e l o w ： 、 ( 1 ) t h i ss u b i e c t 锄a l y s e sa c c e l e r a t i o nt r a n s d u c e r sa r ei n s t a l l e do nt h er i g h ts i d e o ff i l t e r b a g ( 2 ) w ec 锄k w o n16 0 m m x9 mb a g sa n de l l i p s ef i l t e rb a g si sg o o df o rc l e a n i n ge f f i c i e n c y ( 3 ) t h i ss u b j e c ta n a l y s e sc a p a c i t yo fd i a p h r a g r nv a l v ea n d w ek n o wt h ec a p a c i t yo f d i a p h f a 舯v a l v ep e rs e c o n d i st h ei m p o r t a n tf a c t o r si nw e i g h i n gp u l s ed u s tc l e a n i n g ( 4 ) t h el o n g e rt h ep u l s et i m e ，t h eb e t t e re f f e c t i v e ，t h i sv i e w p o i n ti sw r o n g i n t h l ss u b j e c t w ec h o o s et h ep u l s et i m eb e t w e e nlo o m s ( 5 ) a l t h o u g hi nt h e o r y , w i d e rt h ed i a m e t e ro f f i l t e rb a gi sg o o df o ri m p r o v i n ge f f e c t i v eo f d u s tm o v i n g ，i nt h es a m e a i rp r e s s u r e ，i fw i d e rt h ed i a m e t e ro ff i l t e rb a g ，w em u s t i m p r o v ea i rp r e s s u r e t h e nw e c a l la s s u r ec o m m o nd u s tc l e a n i n g ( 6 ) d u r i n gt h es u b j e c t ，w ek n o w t h eb i g g e rd i a m e t e rn o z z l et h ef a s t e ra c c e l e r a t i o n t h i s s u b j e c ti si no r d e rt op r e v e n ts of a s ta c c e l e r a t i o nt h a tm a n g l e sb a g f i l t e rs oc h o o s e 2 2 m md i a m e t e rn o z z l e 1 西安理工大学硕士学位论文 k e yw o r d s ：b a g h o u s ef i l t e r , c l e a n i n gi n s t a l l a t i o n ，d i a p h r a g mv a l v e ，e l l i p s ef i l t e rb a g 2 绪论 袋式除尘器脉冲喷吹系统优化实验研究 1 1 研究背景与意义 第一章绪论 颗粒污染物是我国许多城市，尤其是北方大部分城市的首要污染物。其污染源主要是 来自燃煤发电厂、钢铁厂、金属冶炼厂、化工厂。在“十二五”期间，全国全面加强工业 烟尘、粉尘的控制，进一步提高除尘效率。在袋式除尘器方面，进一步开发和拓展袋式除 尘器的应用领域，提高袋式除尘器在不同应用领域运行和维护的技术水平。开发小于p m ，。 和研究p m 超细粉尘去除技术。近年来，工业发展迅速，导致能源消耗大大增加。因此， 向环境排放的污染总量也在不断地增加。对于烟尘污染物控制来说，国家和地方对排放标 准进行修订，给出了更严格的排放浓度限值，普遍从过去的1 0 0 1 5 0 m g m 3 ，下降到 3 0 5 0 m g m 3 。在2 0 11 年，g b l 3 2 2 3 2 0 1 1 火电厂大气污染物排放标准乜1 将燃煤锅炉烟一 尘排放量下降到3 0m g m 3 。 因此，颗粒污染物的治理一直是我国大气环境保护的一项重点工作。然而，作为目前 国内外应用较广的两种高效除尘器一电除尘器和袋式除尘器来说，传统的电除尘器已经很 难达到国家的排放标准。所以，袋式除尘器技术在不久的将来会逐渐成为除尘工业中最后 把关的关键设备口1 。袋式除尘器由于是利用多孔过滤介质分离捕集气体中固体或液体粒子 的净化装置，对于粒径为o 5um 的尘粒捕集效率可高达9 8 0 5 - 9 9 ，是一种非常高效的过滤 式除尘器，对微米或亚微米级的粉尘粒子可达9 9 0 5 或更高9 9 9 以上。与电除尘器相比，袋 式除尘器还具有不受烟气成分、含尘浓度、颗粒分散度、比电阻等粉尘性质的影响：随锅 炉负荷的变化引起的烟气量波动对袋式除尘器的影响很小等优点h 1 。 在袋式除尘器中，脉冲喷吹式靠袋除尘器具有良好的清灰效果、除尘效率高、处理气 量大、使用寿命长、维修量小、运行安全可靠等优点。鉴于上述的这些优点，脉冲喷吹袋 式除尘器是目前国际上使用范围最广、除尘效率最高的袋式除尘器。所以研究出技术高， 具有强大市场竞争能力的脉冲喷吹袋式除尘器对我国的环保事业发展有着很大的意义晒】。 脉冲喷吹袋式除尘器虽然已广泛使用，但还是存在不少的技术问题，尤其是在最重要 的清灰部分。清灰效果是判断袋式除尘器性能优劣的决定性因素，近年来工业设备逐渐大 型化，导致袋式除尘器的大型化迫在眉睫，能够达到理想的清灰效果更是增加不少的难度 阻，此外，随着环境标准的同益严格，除尘清灰技术在面临着更高的挑战，开发高清狄效 果技术与将其推向广大市场具有很重要的意义盯1 。袋式清狄技术目前趋向于采用便于控 制、清狄效率高的脉冲清狄技术，但在喷吹装置设计、喷吹系统设计优化、脉冲阀质量和 测试控制等方面尚待深入试验，此外，袋式除尘器的主要清狄机理及能够达到清灰要求的 3 两安理t 火学硕士学位论文 技术条件仍然需要进一步研究阳1 。这不仅有利于脉冲不低除尘工业技术的进步也有助于不 带除尘技术进一步的推广和应用。 课题研究旨在进一步研发分析脉冲喷吹清灰的机理，详细了解喷吹清灰影响因素，同 时确定操作参数对清灰性能的影响，从而为工程设计提供可靠的，详细的技术依据；另一 方面为更进一步的研究指出方向，为将来能够开发出清灰效果更好，效率更高的清灰技术 做出优秀的基础。 1 2 国内外研究进展 1 2 1 脉冲喷吹式袋式除尘器的发展 ( 1 ) 国外脉冲喷吹式袋式除尘器的发展 世界上工业发达的国家的火电厂在上个世纪5 0 年代以使用电除尘器为主。为了适应锅 炉低浓度排放的要求，许多电厂使用低硫煤，其结果是减少了硫的排放量，但提高了烟尘的 比电阻，降低了电除尘器的效率。因此美国、同本、德国、加拿大、澳大利亚等国家从上 个世纪7 0 年代开始，陆续将燃煤电厂的静电除尘改为布袋除尘，迄今已基本走完用布袋除 尘器取代和改造高压静电除尘器及其他除尘器的历程。睁 袋式除尘技术头次出现是在1 9 世纪8 0 年代，袋式除尘最早采用机械振打清灰方式n 羽。 表卜l 是国外袋式除尘技术的发展概况。 表1 一l 国外袋式除尘器的技术发展概况 t a b 1 1t h e d e v e l o p m e n to ff o r e i g nb a gf i l t e rs k i l l 时问清灰技术备注 1 8 8 1 年机械振动德国号利，从此开始袋式除尘器的商业化生产 1 9 2 0 年反吹风后又出现反吹风与机械振动相结合的清灰技术 1 9 5 4 年逆喷型吹气环h j h e r s e y l l 3 l 发明首次实现连续在线清灰，运行阻力稳定过滤 风速有了较大的提高 1 9 5 7 年脉冲喷吹t v r e i n a n e r 发明，除尘器内部无运动部件，被认为足袋式除尘 技术的一次革命 1 9 6 2 年回转反吹 日本首先开发成功同时美国也提 , j j r j 、r f 、p n 等型号的系列产 品，适用于巾、小风罱的废气处理 2 0 t u = 纪7 0 大型反吹风、袋式除尘器技术向大犁化发展。美、日、澳洲以及欧洲等国家。 年代后大型脉冲结合大规模t 业生产 从2 0 世纪7 0 年代初，面对同益严格的环保法规和民众环保意识的提高，西方发达国 家除尘器制造厂家开始寻找新的收尘突破点，经综合评估后认为，在技术可行和制造成本 竞争方面，袋式收尘器最有发展前景。在此之前已经诞生了脉冲清灰布袋收尘器，但处理 能力有限。在此基础上发展而来的气箱脉冲布袋收尘器已经接近静电收尘器的处理能力， 4 绪论 但高温工况仍是普通滤料的一个障碍h 4 1 。 2 0 世纪9 0 年代初，分室控制技术采用p l c 控制电磁阀切换，反吹风大布袋和气箱脉 冲技术得到了极大的发展，基本可以取代当时的电除尘器。脉冲袋式除尘器出现后，除尘 器的除尘效率有了很大的提高。各国研究者开始大量的研究其关键技术脉冲清狄技 术。最先认同的清灰机理是在脉冲阀的控制下，压缩空气在2 0 0 m s 以内高速通过喷吹管喷 入滤袋，同时诱导更大量的喷射气量空气，使滤袋从袋口处到滤袋底部的整个袋壁产生剧 烈的膨胀和振动，从而达到滤袋上灰尘剥落的效果射。脉冲袋式除尘器的喷吹系统具有 很强的清狄作用，同时其强度和频率均可以调节，也具有能够采用较高的过滤j x l 速等特点。 由于袋式除尘器的清灰过程复杂，时间极短，导致滤袋内流场分向变化快，同时能够测量 的手段并不多，所以，目前对袋式除尘器清狄的机理尚没有形成统一的认识，说法众多n 引。 ( 2 ) 国内脉冲喷吹式袋式除尘器的发展 我国的脉冲清灰袋式除尘器起步较晚，直至l j 2 0 世纪7 0 年代后期国内才开发出了小型脉 冲喷吹清灰式的袋式除尘器及其他各种形式的中小型反吹风袋式除尘器。 8 0 年代初，宝钢从日本、德国引进各种袋式除尘器，特别是大中型j 下负压反吹袋式除 尘器性能较优。当时以重庆钢铁设计研究院为主对引进的除尘器进行了消化移植，在国内 各个行业中得到了广泛的应用。但此后不断出现问题，主要是清狄效果差而导致的低效清 灰问题。 8 0 年代中期，北京特殊钢厂为了其电炉除尘系统的清灰效果提高，从瑞典引进了低压 长袋除尘器，此次引进促进了我国大中型长袋脉冲除尘器的发展，8 0 年代末水泥除尘行业 从美国引进了高压气箱脉冲除尘器n 。 9 0 年代至今，随着我国经济的发展迅速，大大的促进了环保行业除尘技术的急剧发展。 一方面除尘器的系统设计从研究移植国外的先进技术到能够自主开发研究我国国产除尘 器，于是国内出现了许多的除尘器形式，主要是各种类型的脉冲袋式除尘器，无论其结构 型式还是应用性能或者是工程质量上，都有了很大的提高。另一方面，除尘器的滤袋材料、 除尘器配件也相应的从需要向国外引进移植到国内可自行研究，同时结合数字化技术的大 力发展和大量的实验设计，开发出了多种类型的滤袋，电磁脉冲阀及卸灰系统等。至此， 我国袋式除尘器从无到有，从低效率到能够达到指标，经历了几次大的转变，至今已经发 展到能自行研发出新型袋式除尘器的水平。 尤其是近几年来，脉冲除尘器大型化的趋势明显，性能达到国际先进水平。1 9 9 5 年北 京冶金建筑研究总院与r 本泉公司联合设计大型脉冲除尘器安装在宝山钢铁公司焦化分 厂。其过滤面积为5 2 0 0 m 2 ，滤袋长达7 m ，目前使用效果良好引。 1 9 9 7 年上海冶金设计院协助上海五钢有限公司设计配套除尘系统。该院承担了长袋低 压大型脉冲袋式除尘器的设计以及除尘器关键部件的制造与安装。从1 9 9 7 年运行投入以 来，整个系统运行良好。 甘肃油墨厂曾使用的旋风除尘器，负压洗尘装置等进行除尘，均未达到理想效果。1 9 9 8 s 西安理工大学硕士学位论文 年采用脉冲喷吹袋式除尘器后，收到良好效果。 1 2 2 脉冲喷吹系统的研究进展 在2 0 世纪8 0 年代一些学者认为喷吹时逆向穿过滤袋的气流对清灰起作用，f l o f f e r 刚 通过实验曾经测得，一般情况下，从纤维上吹落粉尘的气流速度至少要达n l o 一2 0 m s 。 m j e 1l e n b e e k e r 和d l e it h 啪1 通过实验指出，如果脉冲清灰气流要吹掉沉积在滤袋袋壁上 的粉尘，那么粉尘的速度必须要比过滤气流速度高得多。但是在实验室内测得脉冲喷吹时 的气流速度仅为0 3 0 5 m s ，因此认为，脉冲喷吹气流对粉尘剥落所起的作用不大。脉冲 喷吹清狄主要是因为滤袋向外膨胀产生反向加速度，使粉尘获得较大的剥离力，才使其具 有较高的清狄效率。清灰效率需要用滤袋膨胀产生的最大反向加速度来评价。 d e n n i s 和w il d e r 曾在脉冲喷吹试验中使脉冲气压不变也就是使逆气流大小不变，通 过增加或者减少滤袋和龙骨之间的空隙来测定清灰效果，得到的结果是：在清灰后，滤袋 形变被限制，滤袋内的剩余压差增大了，这表明清灰效果不好：杨复沫瞳通过实验手段初 步验证了最大反向加速度可以评价清灰效果的好坏，并得到了除尘器设计行业的认可 【越2 5 】 o 在研究脉冲袋式除尘器清灰机理的过程中，一些学者曾经认为袋式除尘器清狄系统中 的机械振打清灰机理，也是脉冲袋式除尘器的清灰机理。但是在目前，大多数研究者认为 滤袋在喷吹时膨胀到极限位置时产生的最大反向加速度能够起到清灰的效果，并将粉尘分 离力f s 定义为滤袋上单位面积的粉尘载荷i i l d 与滤袋膨胀时所获得的最大反向加速度a 。，的 乘积，即f s = i i i d ，并且只有当粉尘分离力f s 超过粉尘与滤袋的粘附力f 时，粉尘才会剥 落。对于不同的工程情况下，比如特定的喷吹清狄系统、粉尘的种类、滤袋的材料等等情 况，都会有一个合适的反向加速度a 。值范围，用来保证能够达到清灰目的。 j u 与s i l v a 等人啪1 对滤袋表面粉尘层的形成过程和内部结构进行了研究。结果表明， 随滤速的增加，粉尘层内部孔隙减少，导致粉尘层局部被压缩，粉尘层特性阻力增加，袋式 除尘器运行阻力特性受粉尘层结构的影响。 l e u b n e r h r i e b e l 曾通过试验研究认为：传统意义上的以喷吹压力和脉冲阀喷吹时 间( 脉冲宽度) 作为袋式除尘器清灰性能的特征参数是不全面的，反吹( 脉冲) 气流形式会因 为滤袋的几何形状不同而不同，不同结构之间会难形成对比。为此建立过滤过程试验台， 通过改变不同的喷吹压力，喷吹时间，得到不同的清灰效果，得出采用反向气流最大压力 值和压力增长速度作为清灰特性参数更具有说服力的结论。 1 9 8 8 年美国电力研究院( e 1 e c t r i cp o w e rr e s e a r c hi n s t i t u t e ，e p r i ) 对当时已经 在世界各地电厂锅炉运行的多台脉冲袋式除尘器作了深入的调查比较。得出对于高压小气 量( h p l v ) 、中压中气量( i p i v ) 与低压大气量( l p h v ) 三种脉冲清灰方式的袋式除尘器 均能够达到预期的运行效果和烟气排放标准。推翻了以往喷吹压力低，清灰时对滤布的作 6 绪论 用力就小，这样就有利于延长滤布的使用寿命的片面说法。得出清灰压力不是决定滤袋受 到清灰力( 即反向加速度) 大小的唯一因素，低压清灰作用在滤袋上的力不一定比高压清 灰小，不能以清灰压力的高低作为影响滤袋寿命的唯- n 断依据。大孔径、低喷吹压力也 能使滤袋产生更大的加速度。 1 9 9 2 年彭劲松啪1 等通过试验研究得出袋式除尘器的清灰效果很大一部分受清灰方式 决定，脉冲喷吹的清灰能力比反吹风清灰有大幅度提高；研究泅嗡1 还表明在脉冲喷吹清灰 机构中的脉冲阀型号、文氏管样式、喷吹孔径和喷嘴个数、滤袋直径以及长度已定的情况 下，喷吹压力和脉冲时间是影响脉冲喷吹袋式除尘器性能的主要因素m q 引。 2 0 0 2 年刘华等通过柔性薄膜模拟滤袋，探讨了在脉冲荷载作用下，柔性薄膜的振动特 性，得到了使薄膜振动发生形变的加速度是随时间变化的，指出当粉尘所受到的剥离力大 于附着力时，粉尘就会从滤袋袋壁上脱落，最大反向加速度清灰效率直接决定滤袋震动大 小，也就决定清灰效率好坏m ，。 2 0 0 3 年刘华等认为脉冲清灰的过程是清灰气流进入滤袋袋口至底部，使袋壁产生急剧 的膨胀和冲击振动，在短促的时白j 内形成滤袋往复地“膨胀、收缩、膨胀”的波浪形形变， 同时使粉尘层发生变形、断裂，以块状团状脱离滤布并受重力作用下落的过程。清狄时， 清灰气流在使滤袋膨胀的同时也穿会过袋壁和粉尘层。压缩空气受到脉冲阀的控制，从气 包流入各滤袋内，由于膨胀产生的加速度和反向气流的双重作用，使附着在滤袋外表面的 粉尘脱离滤袋h 。 2 0 0 5 年陈隆枢等进行的部分实验进一步证明了喷吹时逆向穿过滤袋的气流会对清灰 起作用。试验中，将袋笼的直径略微缩小，并在袋笼上嵌入圆棒来缩小滤袋与袋笼之i 日j 的 空隙，然后尽量保持气流压力的恒定，以使逆向气流不发生大的变化。结果表明，在逆向 气流稳定的条件下，通过限制滤袋壁面的运动，清狄后的滤袋内外剩余压差显著增加了。 工程应用中，也曾发现由于滤袋在袋笼上绷得过紧而导致清狄效果不好的情况，而此时脉 冲喷吹的逆向气流并未减少，只是滤袋被绷紧后袋壁的运动大大受限，因而其膨胀到极限 位置时受到的冲击振动大为减弱n 甜。 一些研究学者认为，清灰时，脉冲喷吹气流从袋口冲向滤袋底部，再从底部反射回来 这一过程中，滤袋内的压力进一步增高，使滤袋袋壁受到冲击振动，从而将滤袋表面的粉 尘清落。但是另有研究试验表明脉冲清灰过程与此不同，他们认为脉冲喷吹气流在滤袋内 的清灰作用是由第_ 二次冲击所产生的；高压气团在从袋口冲向袋底的过程中，依次将滤袋 表面的粉尘吹落。而且对滤袋不同部位进行的测试表明，其最大反向加速度出现的时间， 是随着袋口向袋底推移的：最先是袋口，最后是袋底。该试验的结论是，清灰气流对滤袋 的第一次冲击对于清灰来说起着决定性的作用n 3 1 。 2 0 0 5 年姚宇平通过实验探讨了脉冲袋式除尘器的过滤与清灰过程。得出脉冲喷吹开 始后，经过数十秒滤布即达到最大加速度，之后的喷吹只是增加了压缩空气的消耗量但对 西安理t 大学硕士学位论文 清灰效果起不到实质性的作用。而脉冲阀的响应速度是清灰效果好坏的一个重要技术指标 【劓】 o 2 0 0 6 年蒋存刚h 剐等对袋式除尘器清灰效果的影响因素进行研究，发现喷吹管喷嘴与 滤袋及进口端面的距离有一定的关系，喷嘴小时喷吹气流就大，从而在喷嘴口周围形成负 压，同时若流速越高，则负压越大，导致喷嘴喷出的锥形气流未到达滤袋底处时周围空气 就已经被吸入滤袋，因此，需要有一个适合的喷射距离以达到清灰的目的。 2 0 0 7 年陆亚萍等人对影响喷吹管到滤袋口之间距离的因素进行了实验。实验得出喷 射气流形成的圆锥截面，小于滤袋口截面时，喷吹管距花板的距离为理想距离引。 2 0 0 8 年6 月张景霞h 引等人利用c f d 法对脉冲清灰时喷吹管内气流的模拟计算得出， 喷吹管内的气流沿喷吹方向轴向速度逐渐减小、静压值逐渐增大、喷吹口的径向速度增加； 靠近喷吹管前端喷吹口的气流合成速度方向与径向方向夹角大，沿喷吹方向此夹角逐渐缩 小，至最后一个喷吹口此夹角几乎为零：沿喷吹方向，前段喷吹口的气体质量流量小，后 端的气体质量流量大。也就是说，在实际工程中，喷吹管前端布袋袋口破损，后端布袋则 为整条破损。 2 0 0 8 年l o 月郑兆光等人对大型脉冲喷吹袋式除尘器喷吹管的结构设计进行改进，并 通过实验对引流管进行优化。对滤袋口上方增设引流管，增加了二次诱导气流量，减少了 喷吹气流对滤袋口的冲刷，延长滤袋的使用寿命。并且自行设计带翻边的弧形孔。使得喷 吹口不仅能减少系统喷吹阻力，而且能使压缩气流尽量汇中于一点喷出，以防气流发散无 序冲刷滤袋，从而从结构上减少气流冲刷滤袋的可能性m 】。 2 0 0 9 年4 月沈恒根等人通过试验的方法分别从压力、气包容积、电脉冲时间等几个 角度来分析脉冲阀单位时问耗气量与清灰效果之间的关系。得出单位时间的喷吹量可以作 为衡量脉冲清灰效果的因素。也就是说，喷吹效果( 袋底最大反向加速度) 与单位时问内 的喷吹气量有关，其单位喷吹气量的值越大相应的喷吹效果越好h 引。 2 0 0 9 年王鹏等人针对脉冲袋式除尘器喷吹管各个喷口流量分布不均匀引起的除尘效 率下降等问题，用数值模拟和流量修正的方法对喷吹管的喷口进行了优化设计。模拟得到 了在不同喷口半径分布和入口压力条件下的流场结构和喷口流量分布。有效缩短了设计周 期洲。 2 0 1 0 年陈志炜等人采用数值模拟方法对几种工程中常用的喷吹管的喷吹均匀性进行 了验算，并结合工程实际给出了均匀性较理想的喷吹管喷嘴孔径及其分布晦。 因此，由上述可知，目前已经得知研究影响清灰因素是非常多的，但均是单一的以一 种影响因素作为研究。本论文主要是针对主要影响因素：喷吹管、脉冲阀和文氏管三方面 进行全面的详细实验分析。在喷吹管方面，喷嘴孔径的选择还有喷吹管喷口流量分布均匀 性都是目前研究的主要项目。在脉冲阀方面，目前主要的研究项目就是单位时间喷吹气量。 也就是研究由于脉冲阀而导致的喷吹效果( 反向加速度) 的大小。而对于文氏管来说，文 氏管的作用在于保护滤袋同时增加喷吹气量，但是在工业上仍然出现滤袋破损，喷吹清灰 8 绪论 效果不好等现象。由于绝大部分的研究仅仅是局限于某项工程的需要，有的结论也只是通 过数值模拟计算出来的，并没有实施在实际工程中。在各种不同的工况下，其具体数值还 是不甚明确的，这在接下来的工程设计中，同样会遇到很多的问题以及麻烦。所以，本文 的研究目的在于对袋式除尘器的核一t l , - - 清灰系统做出详细的实验优化分析，致力研究具 有能耗少、经济性佳、更具有推广使用价值的脉冲喷吹系统。 1 2 3 脉冲喷吹式袋式除尘器设备发展现状 脉冲清狄装置设备包括脉冲阀、气包、喷吹管等。脉冲阀和喷嘴是影响脉冲喷吹清灰 效果的关键设备，对除尘器的正常运行起着决定性的作用。 脉冲喷吹袋式除尘器的清灰系统主要由脉冲阀、喷吹管、气包、喷嘴等部件组成如图 卜1 所示： 图1 一l 喷吹系统 f i g 1 - 1t h ep u l s c - j e ts y s t e m ( 1 )喷嘴 喷嘴安装在喷吹管丌孔上，起引导喷吹气流方向的作用。脉冲阀的喷吹流量是以高速 度进入喷吹管内的，流体主要靠静压力从喷嘴喷出进入滤袋。在接近喷吹管进口处时流体 的动压最大、静压最小，在喷吹管底部流体的动压降为零，静压达到最大值。调整喷吹管 上喷嘴孔径的大小，可实现在不同阻力下，使流体通过喷嘴时的静压力相等，也就可以保 证滤袋的清狄效果一致滤袋寿命相同。 实际工程中，喷嘴的直径如果太小，则产生“憋气”现象，压缩空气无法顺利从喷嘴 喷出来，进而引起喷吹管的剧烈震动，同时，到达滤袋内侧的压力不够大，无法将灰饼从 滤袋上清除下来；如果喷嘴的直径过大，到达滤袋内侧的压力反而会减小，同样达不到清 灰的目的，因此，袋式除尘器的喷嘴直径的选择尤为重要。 孙晓茗等人睛引所做的实验中喷嘴直径分别为1 8 、2 0 、2 2 r a m 。从实验得知，沿着滤袋 长度方向，随着喷嘴直径的增大，脉冲压力峰值、压力上升速度和压力冲量均先增大后减 9 两安理l ：人学硕士学位论文 小：脉冲压力峰值到达时间随着喷嘴直径的增大而减小。这说明单纯增大喷嘴直径并不一 定会增大清灰强度和清灰效果。当脉冲袋式除尘器其他参数都已经设定时，存在一个最优 的喷嘴直径来获得最好的清灰性能。该实验的最优是2 0 r a m 。 李勇【5 3 等人用f l u e n t 对脉冲袋式除尘器喷吹管内的气流进行了数值模拟分析，得出 了，装有三种不同喷嘴的喷吹管内的静压值不同，静压值从大到小依次是文丘里喷嘴，锥形 喷嘴，矩形喷嘴。所以矩形喷嘴适合喷吹较短滤袋，锥形喷嘴适合喷吹中等长度滤袋文丘 里喷嘴适合喷吹长滤袋。为袋式除尘器喷吹系统的改进和设计提供理论依据。 ( 2 )脉冲阀 脉冲喷吹袋式除尘器清灰系统的核心部件是脉冲阀，其结构如图1 - 2 所示。高压气流 被空压机灌入气包，同时也通过节流孔进入背压室，背压室和气包内的压力相等，此时控 制阀排气口是关闭的；当控制仪发出信号，控制阀排气口打开背压室泄压，膜片两面的压差 使膜片移动，压缩空气从气包通过喷吹管上的喷嘴进入滤袋n 4 。脉冲清灰过程如图1 - 2 所示。 图卜2 脉冲阀结构示意图 f i g 1 2t h es t r u c t u r eo fd i a p h r a g mv a l e 图1 3 脉冲清灰过程 f i g 1 3t h ep r o g r a mo fp u l s ed u s td i s l o d g e m e n t 我国除尘行业里，脉冲阀技术本身己较为成熟，我国“十二五”期问，也在致力于大 口径，无膜片高压低能耗脉冲阀的开发b 引。但是目前，相对薄弱的关键技术在于测评标准 的规范化。行业内脉冲阀性能评价指标较多，测试手段也没有统一标准，鉴于国内缺乏有 效的试验条件与手段对其进行性能检测，提供给设计者或用户的技术性能参数不够全面甚 至准确度不高，导致设备设计和使用的盲目性，设备运行参数往往偏离预计目标，除尘效 1 0 绪论 果差、投资大、清狄所需能耗高是常见的后果。所以需要及时的将脉冲阀的性能和质量 的技术升级，以满足我国除尘器可靠性要求。 ( 3 )文氏管 文氏管就是文丘里管的简称，文氏管的原理其实很简单，它就是把气流由粗变细，以 加快气体流速，使气体在文氏管出口的后侧形成一个“真空 区。在袋式除尘器清灰过程 中，当气流进入文氏管后，流速逐渐增大，气流的压力逐渐变成动能：进入喉管时，流速 达到最大值，静压下降至负压，随后出文氏管后，进行相反的过程，流速减小嘟1 。袋式脉 冲袋除尘器大部分使用o l3 0 r a m 60 0 0 m m 和1 6 0 r a m 6 0 0 0 m m 两种滤袋规格，清灰系 统的设计也各有不同。但对于清狄系统是否需要配置文氏管，设计时，应进行简单的计 算。当选用的脉冲阀在设计的喷吹压力下，其喷吹气量能够满足清灰要求时，就不需要配 置文氏管：若不能满足清灰要求，则需要配置文氏管，使脉冲阀喷吹气量和文氏管引射 气量共同满足清狄要求。 1 3 主要研究内容 1 3 1 脉冲阀的喷吹压力和喷吹时间与清灰效果的关系 ( 1 )对于1 3 0 m m 6 m 型滤袋，分别在脉冲喷吹压力为0 2 m p a 至u o 4 m p a 下对比考察喷吹压 力对清灰效果的影响。 ( 2 )对于1 3 0 m m x 6 m 型滤袋，分别在脉冲喷吹时间为4 0 m s 至u 2 0 0 m s 下对比考察喷吹时间 对清灰效果的影响。 1 3 2 喷嘴口径的优化设计 ( 1 ) 分析滤袋型号分别为1 3 0 m m x6 m 、1 6 0 m m 6 m 和1 6 0 m m x 9 m ，喷嘴孔径为1 8 m m 、2 0 m m 、 2 2 m m 、2 4 m m 的情况下滤袋的加速度变化情况，选择优化喷嘴口径； ( 2 )分析滤袋型号为1 3 0 m m 6 m 、1 6 0 m m x6 m 和1 6 0 m m x9 m ，喷嘴孔径为2 2 m m ，在喷吹 位置为2 号、5 号、11 号情况下滤袋产生的加速度变化情况，考察喷吹位置的影响。 1 3 3 低压回转脉冲喷吹袋式除尘器清灰性能分析 ( 1 )分析滤袋型号为1 7 0 m m 7 0 m 在喷吹气压为0 0 8 5 m p a 、0 i m p a 下，滤袋产生的加 速度值，得出合适的喷吹气压。 ( 2 )分析滤袋型号为1 7 0 m m x 7 0 m 在脉冲时间为8 0 m s 、l o o m s 、1 2 0 m s 下，滤袋产生的 加速度值，得出最优的脉冲时问。 两安理t 大学硕士学位论文 第二章实验系统及调试 本文中脉冲喷吹系统的全部试验都是在与工业装置相同的实验系统上进行的。采用压 力传感器和加速度传感器以及数据采集系统对脉冲喷吹袋式除尘器的喷吹清灰性能及其 影响因素进行试验分析。实验通过采用加速度传感器对滤袋的加速度进行测量。测量结果 通过数据采集卡采集到电脑上，并保存，再根据数据进行分析，最后得出结论。因为本实 验的装置是自主研发设计的，为了确保实验测量到的数据的可靠精确，本章需要对实验系 统进行调试。本章调试实验需要进行的实验项目有：加速度传感器在滤袋圆周安装方位选 择实验、两种传感器型号的选择实验、传感器安装在滤袋上的测点距离实验和传感器安装 方式实验。 2 1 实验装置 本次试验的系统图如下： 图2 - 1 实验系统图 f i g 2 - 1e x p e r i m e n ts y s t e m 可以看出，本文实验系统分三部分：喷吹系统、滤袋系统、数据采集系统。喷吹系统 由脉冲阀、气包、喷吹管以及喷嘴组成。滤袋系统由布袋、笼骨、移动支架以及地面轨道 组成。数据采集系统由压力传感器、数据采集柜、加速度传感器以及电脑组成。 2 1 1 喷吹系统 脉冲喷吹系统由空气压缩机、储气罐、脉冲阀、喷吹管等几部分组成，脉冲喷吹系统 是实验研究的核心部分，实验部分主要围绕其展开。 ( 1 ) 压缩空气来源：空气压缩机将空气压缩后储存在气包中。气包的容积为0 5 m 3 。 ( 2 ) 电磁脉冲阀：电磁脉冲阀的工作原理是膜片把电磁脉冲阀分成i j i 后两个气室，当 接通压缩空气时，压缩空气通过气流孔进入后气室，后气室压力使膜片紧贴阀的输出口， 实验系统及调试 电磁脉冲阀处于关闭状态。脉冲控制仪的电信号使电磁脉冲阀衔铁移动，阀后气室放气孔 打开，后气室迅速失压，膜片后移，压缩空气通过阀输出口喷吹，电磁脉冲阀处于开启状 态。脉冲喷吹控制仪电信号消失，电磁脉冲阀衔铁复位，后气室放气孔关闭，后气室压力 升高使膜片紧贴阀输出口，电磁脉冲阀又处于关闭状态。本文中所用到的脉冲阀为3 寸淹 没式。 ( 3 ) 喷吹管：喷吹管与脉冲阀相连，开有喷吹孔，压缩空气从喷吹孔喷出后进入滤袋。 实验所用喷吹导管共有两种。一种为圆形滤袋配套使用。其直径为9 0 m m ，喷吹管上均匀 分布喷嘴，喷嘴与喷嘴之间距离1 8 0 m m ，喷嘴个数可以调整，调整范围在1 2 2 0 个。喷 嘴直径也可调整，调整范围在1 8 m m - - - 2 4 m m 。另一种为扁形滤袋配套使用。 2 1 2 滤袋系统 滤袋均采用纤维覆膜，共有4 种滤袋。规格分别为滤袋直径1 3 0 r a m ，长度为6 m ：滤袋 直径1 6 0 r a m ，长度为6 m ；滤袋直径1 6 0 r a m ，长度为9 i t i ；扁形滤袋。未作特殊说明时，滤袋 安装始终保持袋口与喷嘴对齐。笼骨分四种，分别与四种滤袋配套。 2 1 3 数据采集系统 数据采集系统的功能就是将各个不同的模拟量通过电荷转换器转换成电信号，通过数 据采集卡传送到电脑上，最后通过软件将采集到的数据进行储存。 系统各个部件见下表： 表2 - 1 实验仪器仪表及型号 t a b 2 1t h ee x p e r i m e n t a li n s t r u m e n ta n da p p a r a t u sa n dt y p e 实验仪器名称型号性能参数 空气压缩机h p l 53 8 0 v 气包1 f 标0 5 m 3 压力传感器d c 2 4 v o l m p a 数据采集柜1 f 标 脉冲控制仪d c 2 4 v a c 2 2 0 v 加速度传感器 b z l l 0 5 ，b z l l 0 2 2 2 实验装置调试 为了达到实验目标且提高实验精度，实验台建成后，首先对加速度传感器进行了调试， 其中包括传感器的安装方位、选型测点位置确定以及安装方式。本次实验选取喷吹气压为 0 1 m p a ，喷嘴孔径为2 2 r a m ，滤袋规格为1 3 0 m m 6 m 。 两安理工大学硕士学位论文 2 2 1 安装方位实验 加速度传感器安装在滤袋的袋壁上，需要通过测量出其圆周各方向的加速度值是否一 致，从而选择出最靠近真实值的- - t t j ，作为本次实验的安装方向。本次实验选择上下左右 四点作为实验测点。下面是圆周方向加速值的变化。 表2 - 2 圆周方向加速度值变化 t a b 2 - 2t h e c h a n g eo fa c c e l e r a t i o ni nc i r c u m f e r e n c e 安装方位 止向最人值( m s 2 )反向最人值( m s 2 ) 右8 9 6 1 38 8 9 0 0 上5 1 7 3 7- 3 9 7 8 7 左8 9 3 5 2- 8 8 7 5 3 下5 0 7 9 7- 5 4 1 5 5 从上表可以看出，上下左右的加速度值是有差别的。左右方向加速度值很稳定，上下 略有波动，这是因为上下重力的关系。所以，本论文中的加速度值在没有特殊说明的情况 下，均选择在右边安装。 2 2 2 选型实验 本次试验采购了两种加速度传感器，但是这两种传感器的灵敏度以及质量大小差别较大， 这样势必导致测量值不同。所以为了确定两种传感器的安装位置以及测量差距，本次试验 首先对两种传感器的测量结果进行详细测量分析。两种加速度传感器的型号参数分别是： ( 1 ) 传感器型号b z l l 0 2 ，质量3 5 9 ，灵敏度0 7 8p c m s 一： ( 2 ) 传感器型号b z l1 0 5 ，质量1 5 9 ，灵敏度6 8 3p c m s 。 将两种传感器在测点距离为1 2 、2 0 、4 0 、5 o m 处分别测试，得到下表加速度值。 表2 - 3 两种加速度传感器测量值比较( 单位：m s 2 ) t a b 2 3c o m p a r i s o no ft w ot y p e sa c c e l e r a t i o n 测点距离正向加速度最人值两传感器 反向加速度虽人值两传感器 ( 1 1 1 ) b z l l 0 2b e l l 0 5比值b z l l 0 2 b z l l 0 5比值 1 29 2 1 5 02 8 8 7 63 1 9 l- 9 8 6 9 6- 2 4 5 8 34 0 1 4 2 0 3 1 3 8 85 8 4 5 5 3 7 0 3 0 1 4 l- 4 8 9 46 1 5 9 46 7 6 02 0 3 93 3 1 5一1 4 0 5 62 5 6 35 4 8 4 5 6 1 4 72 2 5 52 7 2 68 6 7 1- 2 4 4 53 5 4 6 从上表可知，由于两种加速度传感器的灵敏度和质量不一样，则导致测量到的同一点 的加速度值不同。型号为b z l1 0 5 的加速度传感器虽然灵敏度比b z l1 0 2 灵敏度高，但是其 自身质量为1 5 9 ，将近是b z l1 0 2 传感器的5 倍。这就影响到滤袋震动的幅度，从而导致 测量到的数据偏小。所以，可以认为，b z l l 0 2 所测量到的值靠近真实值。而b z l l 0 5 所测 量到的加速度值则需要进一步实验进行调整。 调整实验的方法是，质量轻的传感器上添加负重，使其质量等于质量大的传感器。再 1 4 实验系统及调试 进行测试，比较两种传感器测量值的差异。所以在b z i1 0 2 上添加约为1 1 5 9 的负重后， 进行实验。下表是传感器负重测量值的比较。 表2 4 加速度传感器负重测量值比较 t a b 2 - 4c o m p a r i s o no fa c c e l e r a t i o nw i t hw c i g h t 加速度型号正向最人值( m s 2 )两传感器反向最人值( m s 2 )两传感器 测点距离( m )b z l l 0 2 负重b z l l 0 5比值b z l l 0 2 负重b z l l 0 5比值 2 9 2 8 52 9 5 0 5- 3 1 2 7 73 2 1 9 9 1 20 9 9 3o 9 7 l 1 2 5 2 91 2 1 9 0- 1 2 7 2 01 2 2 8 6 2 0 1 0 2 7i 0 3 5 7 7 3 33 4 8 1- 7 6 4 3- 3 7 4 2 3 52 2 2 12 0 4 2 以