（木材科学与技术专业论文）脉冲袋式除尘试验台的研制.pdf

摘要 做为大气污染控制的主要设备，袋式除尘器的运行效果与过滤粉尘的性质有着直接的 联系。长期以来，木材工业中袋式除尘器的使用一直借鉴其它行业的运行参数，缺乏一个 科学依据，高效经济的运行无法得到保证。针对这一现状，本次论文通过设计并制造一个 脉冲清灰袋式除尘系统，为木材工业袋式除尘技术的研究提供一个便利、可靠、适用性强 的试验平台，并在此基础上进行多种测试性试验，在对试验台的可靠性进行验证的同时， 结合木质粉尘的属性与过滤理论，对m d f 砂光木粉脉冲袋式除尘的合理参数做一初步探 索。具体内容为： l 、 试验用脉冲袋式除尘系统的设计与制造。木材工业袋式除尘的研究长期缺乏一个 实用有效的平台，本次研究参照小型脉冲袋式除尘器的特点，针对试验用途对于能耗、易 用性和测量等方面的要求，做出多项有针对性的设计。测试试验表明，该系统达到了设计 标准。 2 、 对中密度纤维板( m d f ) 砂光粉尘的粒径分布做一精确测定。借助激光粒度分析 仪，本次研究得以对粉尘颗粒大小，特别是1 0 pm 以下的超微粉尘粒径的比例和结构做出 清晰可靠的测定。 3 、 对装置进行测试性试验，同时对m d f 砂光木粉的脉冲袋式除尘合理运行做一初步 探索。分别考察了过滤速度和粉尘浓度对除尘器过滤效率的影响，以及过滤速度、粉尘浓 度及清灰周期三个因素对滤料粉尘层压力损失的影响。试验的最终结果有些与以往的普遍 认识相符合，有些则显出一定的特性，如过滤速度对于过滤效率的影响的明显程度比预想 的要小得多。此外，脉冲周期对除尘器压力的影响也出现一段有趣的递增区间，相信会对 现实生产产生一定借鉴价值。 关键词：脉冲袋式除尘器、m d f 砂光粉尘、过滤速度、粉尘浓度、清灰周期 d e s i g n o fp u l s e - j e t f i l t e r i n gs y s t e m a b s t r a c t a sm a - nf a c i i i t i e sf o ra - r p o h u t i o nc o n t r o l ，b a gf i i t e 瞎p e 爪) m l a n c e s a r ed i r e 酬y c o n n e c t e dw _ t hl h ep m p e r t i e so f 啊l t e 陀dd u s t s b a g 啊l t e r su s e di nw o o di n d u s t r yh a v e b e e nb o r r o w i n gr u n n i n gp a r a m e t e r sf r o mo t h e ri n d u s t r i e sf o rai o n gt l m e a ss c i e n t 讯c f o u n d a l i o ni sl a c k e d ，e c o n o m ya n dh i g he f n c i e n c yc a nh a 嘣l yb eg u a r a n t e e d t h i sa n i c i e p r e s e n t sap u i s e j e t 前| t e rs y s t e md e s i g n e dt om a k e a v a i | a b l ea n v e n i e n t ，陀a b l ea n d 门e x _ b i e e x p e n m e n tp i a 怕m 1f o rr e s e a r c ho nb a g 啊l t e rt e c h n o i o g i e si n w o o di n d u s t r 弘 v a r i o u se x p e r i m e n t sw e r em a d et ot e s ti t sr e h a b i i i t y ，a n d ，w i t ht h ea n a l y s i so fw o o dd u s t s a n d 竹n e r i n gt h e o r y t oi n i t i a ye x p i o r e 陀a s o n a b l ep a r a m e t e r s o fp u l s e j e t 霸| t e r i n go fm d f d u s l s t h ec o n t e n t si nd e t a i la r ea st h e f o o w i n g ： 1 d e s i g na n dp r o d u c t i o n o fa p u i s e j e t f i l t e r s y s t e mf o re x p e r i m e n t a i u s e t h e r e s e a r c ho nb a g 啊i t e r i n gi nw o o di n d u s t r yh a si o n gi a c k e dau s e f u ip l a 廿o r n l t h i st i m e ， t h ed e s i g nt a k e si n t oa c c o u n tt h ec h a 旧d e 晤o fs m a i ip u l s e j e tf i i t e rs e v e 旧is p e c 币c d e s i g n sa r em a d e f o rt h ee n v i r o n m e n ta n di n t e n tns e r v e s a n dt h et e s t i n ge x p e n m e n t s h a v ed e m o n s t 阳t e di t sc o m 口e t e n c e 2 ，a c c u r a t em e a s u r e m e n t o fl h es i z ed i s t r i b u t i o no fm d f s a n d i n gp a r t i c l e s w j t ht h e a i do fl a s e rp a r t i c i es i z i n ga n a i y z e lo u r 悖s e a r c ho b t a i n st h ea b 耐t om e a s u r e t h es i z e o fp a r t i c i e s ，e s p e c ；a yt h e 阳t i oa n d 吼r u c t u 陀o fs u p e 卜m i c r op a r t i c i 鹊w i t hd i a m 酏e r s u n d e r1 0 u m 3 。l n i t i a ie x p l o a t i o no fr e a s o n a b l ep a m m d t e 晤o fp u i 疑叫e t 啊r n go fm d f d u s t s w e r e s p e c t i v e l yo b s e r v e dt h ea 仟e c t i o n0 ff a c ev e l o c 谁ya n dd u s tc o n n t 阳a o no n e c t i o n e 怖c i e nc y ，a n df a c ev e i o c d u s tc o n c e n t 哺t i o na n dc i e a n i n gc y c l eo nt h e 陀s i s t a n c eo f t h en i t e rm e d i u m s o m e 啊n a ir e s u l t sa r ei ni i n ew i t ho u re x p e c t a 锄o nw h i i eo t h e r ss h o w s p e c | a ic h a r a c t e 隅，e ，g t h ea 豫洲o no ff a c e 、，e i o c 诖yo nc o e c t i o ne 蜘c i e n c yi s m u c h w e a k e rt h a ne x p e d a “o n b e s i d e s ，t h ea f f 色d i o no fc i e a n i n gc y c | eo nf i i t e r r e s i s t a n c e u s t r a t e sa n i n t e f e s t i n gv a i u 昏i n c 怕a s i n g 旧n g e ，w h i c hm a yb e u s e f u i ni n d u s t r i a i a p p | i c a t i o n k e yw o r c l s ：p u i s e j e t 啊l l e l m d f s a n d i n gp a f t i c l e ，f a c e 垤i o c 吼d u s t n c e n t r a t i o n c i e a n i n gc y c i e a u t h o r ：d i n gt a o ( w o o d s c i e n c ea n dt e c h n o i o g y ) s u p e r v i s e db y ：a s s o c i a t ep r o f z h o uh a n d o n g 致谢 本文是在周捍东副教授的悉心指导下完成的。周老师授业指教严谨端正，富于启示， 在生活上亦给予诸多中肯建议，使我受益良多，在此谨表诚挚的谢意。 特别感谢溧阳平陵林机有限公司在本次论文试验装置的设计、制造以及后续试验场地、 人手方面提供的慷慨帮助。 在本文试验装置的设计过程中，钱永宽老师与徐长妍老师提出了大量建议与意见；在 试验过程中，田爱军师弟牺牲了自己的个人时问为我提供了大力支持；王毅硕士，蔡杰硕 士与周兆兵硕士在试验设计与装置的修改上提出了宝贵的建议。没有这些老师与同学的无 私相助，本文今日便无法付印成册，在此同样致以衷心的感谢。 感谢陈睿长期的陪伴与支持。 感谢我的家庭对我的培养以及大伯多年来以身行教对我的督促与指导，在此谨将这篇 文章献给你们。 作者 二oo 四年六月于南京 l 研究背景 1 1 环境保护的可持续发展思想 环境问题是人类在步入工业社会以后所面临的严重挑战，工业化生产使得原材料的消 耗速度大大增加，同时生产过程中还排出了大量对环境有害的废弃物，如果找不到一套行 之有效的治理策略，不采取果断的治理措施，人类不但要面临无材可取的困境，同时还将 不得不忍受大量废弃物带来的负面影响。 人们对于环境问题的认识经历了一个不断发展的过程，从最初的漠视到末端治理，再 到现在的可持续发展思想的建立。可持续发展思想的提出是人类对环境问题认识上的一大 飞跃。以往的末端治量思想只注重废弃物排放的监控，忽视经济效益，造成了企业内部经 济效益与外部环境效益的矛盾。可持续发展战略是_ + 种“既满足当代人的需求，又不危及 后代人满足其需求“的发展战略，体现了环境保护与经济增长的统一，在这一思想的指导 和影响下，生态工业，循环经济以及清洁生产生等现代工业的重要模式与概念陆续诞生， 它们提供了从能源材料节约到减少废弃物排放与循环利用的一整套思路，为社会经济的长 期健康发展指明了方向。 木材工业是人类社会最古老的行业之一，木材虽然是可再生资源，以现代社会的生产 规模，如果不进行有效的控制，采伐的速度将大大超过再生的速度。此外。木材及木质产 品的加工过程中同样也产生大量的污染物，这一方面需要进行合理的治理，另一方面现有 的实践也证明，多数木质废弃物具有回收利用的价值。由此可见，木材工业的发展同样需 要也适合遵循可持续发展的思路，在生产过程注重能源与原材料的节约，减少废弃物的排 放，保证人与环境的协调发展。 1 2 我国木材工业粉尘污染现状及治理思路 木材工业的粉尘污染已成为一个突出的社会环境问题。近年来，随着市场开放程度的 提高和木质产品需求量的上升，中国的木材工业正经历着一个高速发展期。就人造板工业 而言，截止2 0 0 0 年，中国的人造板产量在2 0 年内提高了1 6 倍，总产量达到1 5 0 3 0 5 万 m 3 ，成为仅次于美国，居世界第二位的人造板生产大国。家具木制品方面，全国现有各 类加工企业7 万余家，年共消耗木材1 1 8 1 5 万一【l 】。产业的迅速发展在带来巨大经济效益 的同时，也产生了严重的空气污染问题。同样以人造板生产为例，一条年产3 万m 3 的中 密度纤维板生产线所产生的粉尘与废料中，木片筛选粉尘( 9 9 9 9 9 粉尘剥离率9 3 2 选择适用于木村工业的除尘滤料。要根据以下几点进行选取： l 、含尘气体的特性。木材工业中所需过滤的含尘气体多为常温低湿气体，粉尘由机 械加工过程产生，不具有化学腐蚀性。从这一点上讲，木质粉尘对滤料没有特殊要求。 2 、粉尘的性状。木质粉尘多为工艺过程中产生的粉碎研磨颗粒，形状是不规则的， 表面粗糙，比表面积大，在经过过滤介质时容易被拦截，但这也使木质粉尘对滤料的磨啄 性较大，需选用耐磨性较好的滤料，从这一点来说，毡料优于织物，特别是针刺毡可用针 刺方式加强纤维间的交络性，不易破损。从附着特性和凝聚性上讲，木质粉尘的流动性普 遍较差，安息角大( 见表2 3 1 ) ，因而附着性较强，使得粉尘易于凝聚，清灰困难，在这 种情况下，如果采用类似2 0 8 的织物绒布滤料，当绒面与粉尘接触时，绒毛就会粘附上粉 尘并扩展到整个过滤表面，使清灰十分困难，造成阻力居高不下，因而是不可取的，而经 过表面处理的针刺毡和覆膜滤料则是较为适合的过滤材料。 3 、清灰方式。本试验台使用脉冲清灰方式，脉冲清灰是指以压缩空气为动力，利用 脉冲喷吹机构在瞬间释放压缩气流，通过文式管诱导数倍的二次空气以高速射入滤袋，使 滤袋急剧膨胀，依靠冲击振动和反向气流来清灰。在这种清灰方式下，要求滤袋厚实耐磨， 抗张力强，毡式滤料在此情况下较为合用。 综合以上各因素，毡式滤料和覆膜滤料是本试验台较为适合的滤料。 2 2 2 滤袋的尺寸设计 过滤面积的选择在现实应用中是根据吸尘点所需的风量和过滤速度来确定。 在生产中，采用织布滤料的袋式除尘器的过滤速度一般在o 5 2 i n ，m i n 之间，毛毡滤料 为1 、5 m m i l l ，并且能满足高效经济的要求，木材工业采用的毛毡滤料过滤速度目前在 2 r 幽i n 左右，考虑到毛毡滤料有在更高过滤速度条件下经济运行的潜力，以及试验台进行 破坏性试验的要求，装置的过滤速度范围选为2 6 - 4 r r i m i n 。 作为试验用平台，本系统并非服务于某一对风量有要求的工段，而且试验粉尘是被主动 投放进系统的吸风管的，这决定了本试验装置可以通过改变粉尘投放速率来调节除尘器入 口的粉尘浓度，而不是依靠对风量的调节，因而对风量的要求主要集中在满足既定过滤面 积下的过滤速度。 根据以上分析，本除尘试验台的过滤面积主要是根据易用性和场地安放等因素来确定， 滤袋排列采用了4 6 的长方形排列方式，由于脉冲清灰除尘器的滤袋尺寸目前已基本标 准化，在此，每条滤袋的尺寸选为$ 1 2 0 m m 2 0 0 0 m m ，总过滤面积为1 8 m 2 。这是脉冲袋 式除尘器可选用的最小合理尺寸，更小的尺寸虽然可以减少设备的占地面积，但由于尺寸 过小，清灰过作过强，对滤料的损耗很大。 由于试验台的设计过滤速度为2 。6 4 m m i n ，根据过滤面积就可以得出本试验台的处理风 量范围为o = 2 8 0 8 4 3 2 0 r m 。 滤袋的具体安装形式可见附图。 2 3 除尘器壳体的设计 2 3 1 多孔板( 安装花板) 多孔板的作用在于分隔上箱体与中箱体，同时对滤料进行定位和固接。多孔板的强度 和制造精度对袋式除尘器的正常运行至关重要，其尺寸也在很大程度上决定了整个除尘器 的尺寸大小。 多孔板的强度要求高是由于它不仅用于悬挂滤袋与罐笼，同时也充当滤袋更换的通道。 如果多孔板发生变形，就使顶部悬挂于其上的滤袋无法保持垂直，发生碰撞，而且也导致 脉冲气流无法顺畅进入袋内进行清灰，使清灰效果大打折扣。 多孔板的中心孔距也很讲究。孔中心距过小则易造成设备阻力大，也难以避免滤袋之 间的相互摩擦；中心孔距如果过大，则使设备的体积增大，造成浪费。通常，对于巾1 2 0 m m ， 袋长2 6 m 以内的滤袋，滤袋问的净距不得小于5 0 m m l “j 。 多孔板的具体尺寸及安装要求可见文末附图。 2 3 2 上箱体与中箱体 上箱体与中箱体主要只起封闭而非支撑作用，尺寸主要根据花板及滤袋尺寸确定，由于 对强度耐热性无特殊要求，其材料采用厚度为3 m m 的q 2 3 5 a 碳素结构钢。中箱体四个 面与除尘器四个支脚以焊接方式相连。上箱体则是由钢板直接焊接相连。 一般的2 4 袋脉冲袋式除尘器( m c 2 4 ) ，进出风口之间的距离在2 4 m 左右，为了能尽 量降低除尘器的结构压损，将进出风口问距离调为不到1 9 m ，以减少除尘器内的沿程压力 损失。 在中箱体的一个面上用浇铸型工业有机玻璃板材( g b ，r7 1 3 4 1 9 9 6 ) 开一观察口，这 样对过滤过程可以有一个清晰直接的观察，同时也有助于发现运行中可能出现的故障。观 察口与壳体的连接采用螺纹连接。 中箱体的进风口处还设置了一个导流板。本除尘系统由于用于试验用途，除尘器进口 的粉尘浓度变化较大，导流板在高浓度粉尘条件下可以降低风速，避免气流对滤袋的直接 冲刷，也可起到惯性沉降的作用，使大粒径的粉尘先沉降到集尘箱中。 灰斗的作用在于使清灰清下的粉尘通过灰斗的出料口进入粉尘收集装置。为了达到连 续不断的卸料要求，灰斗必须有足够大的锥度角( 灰斗锥体母线与水平面的夹角) 与卸料 口。灰斗的锥度取决于所收集过滤粉尘的静堆积角。 堆积角，也称为安息角，是将粉尘放在较高位置容器中，使之从漏斗中徐徐下流，在 其下自然形成的堆积圆锥体的母线与其底盘平面之间的夹角。堆积角是衡量粉尘流动性的 重要指标，也是设计除尘设备灰斗的锥角的主要依据。堆积角有静态和动态之分，在静止 平面上自然形成的叫静堆积角，在通风和除尘试验中一股使用静堆积角；在运动的平面上 形成的叫动堆积角，它在粉料生产与运输中更具意义。 本试验平台的处理对象主要为各种木质砂光粉尘，表2 3 1 显示了不同木质粉尘的静堆 积角【3 】： 表2 3 1 典型木材碎料的静堆积角 碎料种类m d f 砂光木粉胶合板砂光木粉刨花板砂光木粉 绝对含水率( ) 9 81 3 51 4 0 静堆积角( 。) 6 0 o6 0 05 3 0 根据表2 3 1 的堆积角将灰斗的锥度角定为6 0 。 灰斗的卸料口设计为圆形，其最小尺寸由公式2 3 一l 计算“1 d = k t a 十8 0 ) t a n q ( 2 3 1 ) 式中：d 卸料口的直径，啪； k 实验系数，对于一般混合类颗块状物料可取k = 2 4 ； a 所用颗块状物料的最大尺寸( m ) ，对此公式的适用范围为a 3 0 0 m a 物料的静安息角。 根据前人对各种木质尘粒径的测量结果嘲，取a = 2 啪，= 6 0 ，则有d = 3 4 0 8 6 舢。在本 次设计中，实取口径为3 8 2 哪。 灰斗的村料同样采用碳素结构钢( q 2 3 5 a ) ，以焊接方式与中箱体相连。 2 3 4 支脚 热轧等边角钢( g b t9 7 8 7 1 9 8 8 ) 4 0 4 0 5 m m ，与中壳体的连接方式为焊接，在靠 近底部通过横撑进行加固。 2 4 清灰机构 脉冲袋式除尘器的清灰机构由脉冲阀控制阀气包喷吹管及文式管组成。 ( 1 ) 文式管。文式管装于滤袋袋口处，它能够在喷吹时诱导产生5 7 倍于压缩空气 1 4 的气体进入滤袋，增强喷吹效果。 ( 2 ) 喷吹管。喷吹管的内径为2 0 m m ，喷口直径为6 m m ，其具体安装方式如文末附 图所示。 ( 3 ) 脉冲阀。脉冲阀安装在气包的上部，以避免气包内的水份经过脉冲阀进入滤袋。 选用d c f z 一2 0 直角式脉冲阀。( 苏州协昌，阀径2 0 m m ) ( 4 ) 气包。气包在设计时首先考虑的是有足够的容量，满足喷吹气量的要求。在进 行脉冲喷吹时，气包内压力不应低于原始压力的8 5 ，因此气包的进气管口应尽罱选 大，满足补气速度。此外，气包为压力容器，还须考虑安全问题。在本次设计中，除 尘器喷吹压力最大为0 6 m p a ，选用壁厚为7 5 m m 的无缝钢管做为气包的制造材料。气 包容量参考了澳大利亚高原公司的经验算法【9 】，定为1 6 l ，其结构形式可见文末附图。 2 5 集尘装置 一般，袋式除尘器是通过回转排料阀或螺旋供料器进行排料，将物料排入灰房或管道。 作为一个试验装置，本除尘器不需要进行长时间高负荷的运行，一般只是用于演示和参数 测定，因而在此处作一简化设计，以聚酯塑料袋作为粉尘收集装置，在物料收集满之后由 人工清空。这样处理在同样满足系统的排料要求的情况下也降低了整个装置的高度，使其 更适合安装环境。 2 6 发尘装置 发尘装置是进行过滤器性能试验不可缺少的装置。国内在制定通风过滤器性能测试方 法的标准中( g b l 2 2 1 8 8 9 ) 相应的发尘装置的研制也已完成，以圆盘发尘器做为发尘装置。 这种装置的原理是以盘式给料机做为供料设备，通过改变刮板半径位置及圆盘转速调节粉 尘流量而实现定量加料。粉尘以压缩空气进行分散，形成试验所需的气溶胶状态【9 1 。 在本次研究中，由于条件限制，并没有采用上述机构，而是借鉴气力输送系统中的叶 轮式供料装置，在进口管段安装一回转排料阀做为粉尘供给机构，以管内的气流对粉尘进 行分散。在排料阀叶轮的顶部装有橡胶板以保证密封，同时防止物料颗粒卡在叶片与壳体 之间。这一机构在发尘时的均匀性不及圆盘发尘器。考虑到纤维板砂光过程中，板与板之 间的砂光亦存在一定间隔，并非完全均匀，加上通过人工进行给料速度的调整，该装置亦 可完成发尘工作。 2 7 管道设计 系统采用负压系统，相对于正压系统，负压系统要求高密闭性，但是这种设计更有利 于对除尘器排出气体各参数的测量，并且由于通过风机的气体为已净化气流，可以减少风 机叶片的的磨损。在制造过程中，为防止漏风，除尘器的进出口检修门等非焊接处都涂 以硅脂，管道连接处则以石棉绳进行密封，以保证无外部气流流入。 在管道的设计中，最重要的一点是要在试验系统的设计过滤风速范围内保证管道内的 风速能在水平管段对木质粉尘进行浮游状态的稳定输送，即水平管内气流作用于物料的升 浮力足以稳定地超过物料重量，物料在水平管道的横截面垂直方向内只是以很小的幅度作 上下摆动，但不触及管底，物料运动速度与气流速度比值呈现固定。为了达到浮游输送状 态，在理论上有一个“临界速度”，这是使某种物料在水平管段内达到稳定输送时需要的最 小气流速度。但这个最小气流速度只是一个理想的数值，由于物料在输送过程中受到多种 因素的影响，如物料粒子的翻转，粒子问和粒子与管壁间的碰撞磨擦等，这个理想的最小 气流速度实际很难保持整个输送过程处于浮游状态，所以在气力输送管道系统中，所取用 的气流速度一般要比临界速度大一些，下表是输送一些木质物料的必要气流速度范围【2 ： 表2 - 7 - l 木质物料的输送气流速度 物料种类流速范崮t m s 1 干燥的木粉 1 2 一1 4 干燥的木纤维 1 4 1 6 干燥的锯木屑1 4 1 8 在管道系统的弯管处，由于流动方向的改变，在离心力的作用下，会在弯管内壁的前 后两处产生涡流区。此外弯管还形成了主气流的螺旋运动，这一运动可延长到弯管后1 0 1 5 倍管径的地方。由于涡流区和螺旋运动的形成，会使气流在弯管处损失相当一部分能量， 为尽量减少能量损失，弯管需作成平整均匀的弯曲，并且增加弯管的弧度( 弯曲半径与管 径的比值) 之值，通常弯管的弯曲半径不小于管径的3 倍。 根据以上要求，系统的管道布景及尺寸如图2 1 1 所示。除尘管道的管径为o 2 6 m ，在 这个管径下，系统即使是在最小设计风量的工作条件下( v 矿2 6 m m i n ，q - 2 8 0 8 r n 3 1 1 ) ， 管内风速也能达到1 4 7 州s ，达到多数木质粉尘稳定输送所需的气流速度。除尘器入口直管 段的长度为3 5 m ，其中供料器与除尘器之间管长为2 m ，为管径的7 7 倍，考虑到进行除 尘试验，管内气体粉尘浓度很小，这段长度可以满足使粉尘与气流到达除尘器进风口时均 匀混合的要求。除尘器出口管段弯管的弯曲半径r = 7 8 0 m m 。下弯管后至风机的直管段长 为3 5 m ，取这样的长度是因为根据管道内风速及粉尘取样规则，测点需在弯管后至少八倍 管径长度的地方或管前两倍管径长度的地方，这样才能保证足够长度让气流恢复稳定，以 便对各参数进行测量”。 2 8 风机的选择 风机的选择由系统的风量和风压确定。 式中 ( 1 ) 风量 q = k q q 一风机所需风量，m 3 s ； k 风管和除尘器的漏风系数，k = 1 1 5 q 系统风量，m 3 s 。 本系统中设计运行最大过滤速度为4 2 m m i n ，屉大风量为4 3 2 0 m 3 m 。则 q m a ) 【= 1 15 4 3 2 0 = 4 9 6 8 m 3 1 1 风机的风量调节通过风机进风口处的调节阀门进行。 式中 ( 2 )风压p = ( k 1 p l + p 2 ) k 毫 k 1 管路系统阻力的附加系数，k l ；1 1 5 p l 管路系统阻力，p a ； p 2 除尘器阻力，p a ： k 2 风机风压的附加系数，k 2 = 1 0 8 。 ( 2 - 8 1 ) ( 2 8 2 ) 对于本系统，管路系统阻力按纯空气情况下的阻力计，分析原因可见3 3 1 节： 蛆m 旷。一m 默一c 詈+ f ，丢之s 晰p a c z s - s ， 刎川z s + 半 式中 纯空气气流在管道中的摩擦阻力系数： l 通直管段的长度，m ： d 通直管段的管道直径，m ： v 管道截面上的平均气流速度，州s ； y 管道内空气的重度，n m 3 ； e 局部阻力系数。 ( 2 8 4 ) 除尘器阻力分为结构阻力与过滤层阻力，其大小尚没有一个便于应用的公式，在这里 根据同类除尘器的经验值，取p 2 = 1 0 0 0p a 1 7 j l l u ： p = ( 1 1 5 2 8 0 6 + 1 0 0 0 ) 1 0 8 = 1 4 2 8 5p a 选择风机型号为：c 4 7 3n o 3 6 ，n _ 2 8 0 0 r p m ( 3 ) 电机功率= 磊丽i 足 式中： n 风机运行时的效率，n = 0 7 5 ： n 。传动效率，电机与风机直接连接，q 。= 1 k 电机容量安全系数，k = 1 1 。 则：n = 2 8 9 k w ，取所配电机功率3 k w 。 2 9 小结 ( 2 8 5 ) 试验台在设计中参照了现有产品的一些设计，同时，针对木质粉尘的过滤和试验用途 做出了多项有针对性的设计，总结上文，主要包括： 1 、针对木质粉尘的特点选择了适用的滤料种类； 2 、中壳体上观察窗的设计方便了试验过程中的观察与检修； 3 、根据木质粉尘的流动性能来设计灰斗的锥度角： 4 、在除尘器进风口设置导流板，以适应高浓度粉尘的过滤需要； 5 、简化的粉尘收集装置，降低了制造成本，减小了整个装置的尺寸 6 、配套管道的尺寸皆根据参数测量的需要而做设定； 7 、降低了进出风口之间的距离，减小了结构阻力。 所有这些设计是通过理论推导和一些相关经验得出的，本文的以下章节将通过试验， 对其合理性与可靠性进行进一步验证。 1 8 图2 1图2 2 图2 1 集尘装置的筒亿设计为防止集尘袋因负压被吸a 除尘器袋内装入7 重物。图2 2 盘口管段上的秘点? 在管道上级横两链开覆8 孔。大小配台毕托管的管径，不用的溺孔用螺 栓封住， 图2 3 图2 - 4 图2 32 4 采甬了透明壳体的除尘器中壳体在豫尘运行中以及之后从外部司观察虱滤袋 的状态在酉中还司冕白色的封蛄， 图2 5 图2 6 图2 5 ：试验台采琢苏州协ga l 8 型球冲控摹仪酝冲闯隔范围为；2 6 0 s 脉冲宽度为： o 。0 2 一o 。2 s ，图2 6 ：控翩橱与贮气包。 1 9 3 试验装置的测试 3 1 试验粉尘粒径分布的测定 木粉的性质和过滤效果存在着紧密关系，在对试验台进行测试性试验之前，有必要首 先对所处理粉尘的性质进行研究，为后续试验提供分析基础。 本次研究采用m d f 砂光木粉作为试验粉尘，粉尘样品取自溧阳福华人造板有限公司。 关于m d f 砂光粉尘的属性，南京林业大学周捍东副教授已有大量基础性研究在前，其研 究成果也已被广泛认可，因而在本次粉尘属性的测定研究中，对于前人已做过的内容不再 重复而加以引用p j ，只着重对砂光粉尘的粒径分布，特别是对超微粉尘的分布比例做一测 定。 3 1 1 砂光粉尘粒径的表示 颗粒的尺寸大小是粉尘最基本的特性之一，通常以粒径表示。然而，几乎所有的粉尘 都是粒径大小在一定范围内有所分布的颗粒群，所以粉尘颗粒的粒径表示就分为代表单个 颗粒的单一粒径和代表粉尘中所有颗粒群体的粗细程度和粒径分布特点的特征粒径。 如果粉尘颗粒是均匀的球体，则可用其直径作为粒子大小的表示方法，也就是粒径。 但实际上，粉尘颗粒的形状是各异的。m d f 砂光粉尘颗粒在微观形态上多数呈纤维束状， 其中夹带着一些较短的纤维断屑。这种微观形态是由m d f 板的原料组成铺装及砂削方式 共同决定的：m d f 板是由一定长径比的木质纤维和纤维束重组构成的，纤维在板平面内呈 随机排列，在砂削过程中，砂屑是众多砂刃对纤维切割产生的，由于m d f 板坯在铺装成 型时经细化处理，板表层中纤维间的结合主要依靠相互间的交织性能和较弱的胶粘作用， 造成纤维或纤维段较易从基材上剥离，形成纤维状粉尘单元。 m d f 砂光粉尘的微观特性决定了在研究中需要按一定方法确定一个表示粒子大小的 代表性粒径，即当量径，以代表颗粒的大小。 当量径的表示方式视颗粒本身属性的不同与应用场合的不同而各有不同。几种常见的 表示法有： 1 、用显微镜观察粉尘颗粒时，可根据颗粒的投影尺寸来表示粒径，具体还可分为定 向径，等分面积径和等圆投影面积径等。 2 、用筛分法测定时使用筛分直径。这是粒子能通过的最小方孔的宽度。工业生产中 常用这种方式测定较大粒子的直径( 6 0 um ) 。 3 、用光散射法测定时可得到球等值直径。这是与被测粒子体积相等的球的直径。 4 、用沉降法测得的颗粒直径，一般采用以下两种定义方法： a 、斯托克斯径。这是与被测粒子密度相同，终末沉降速度相同的球的直径。 b 、 空气动力径。这是与被测粒子在空气中的终末沉降速度相同，密度为1 9 ，c m 3 的球的直径。 5 、 分割粒径。指某除尘器能捕集一半的粒子的直径，即除尘器摘集效率为5 0 的粒 子的直径。 3 1 2 粒径的测定方法和原理 在本次研究中我们应用激光粒度分析仪，以光散射法作为粒径分布的测试方法。这种 测量方法是利用激光的散射或衍射，通过散射角的大小来表示颗粒的直径，小颗粒对激光 的散射角大，大颗粒对激光的散射角小，通过对颗粒角向散射光强的测量( 不同颗粒散射 的叠加) ，再运用矩阵反演分析角向散射光强即可获得样品的粒度分布。不同尺寸范围的颗 粒对激光所产生的散射模式电不同，散射的模式由颗粒尺寸( d ) 和入射光的波长( 九) 决 定： 1 、当d 九( 通常d 凡( 通常d l o 九) 时，属于f r a u n h o f c r 衍射范围。 由此可见，对大多数粉尘而言，粒度分析的结果取决于所测颗粒尺寸的范围和入射光 线( 单色光) 的波长【2 8 】。 激光粒度仪原理如图3 1 1 所示，来自固体激光器的一束窄光束经扩束系统扩束之后， 平行地照射在样品池中的被测颗粒群上，由颗粒群产生的衍射光或散射光经会聚透镜会聚 后，利用光电探测器进行信号的光电转抉，并通过信号放大，a ，d 变换，数据采集送到计 算机中，通过预先编制的优化程序即可快速求出颗粒群的尺寸分布。 图3 1 1 激光粒度仪原理图 本次粒度分布的测定借助中科院南京土壤研究所的c l l l t e r - l s 2 3 0 激光粒度分析仪。 l s 2 3 0 的技术参数如下： 测量范围：o 0 4 - 2 0 0 0 pm 尺寸通道：1 1 6 检测器数量：1 3 2 光学控制：自动调整校准 激光光源：7 5 0 衄固体激光器 软件环境：w i n d o w s 标准分析时间：1 5 9 0 s 放大器：变增益( 1 3 8 4 ) 1 4 位高分辨率 适用湿度范围：o 9 0 ，无凝结水 适用温度范围：l o 3 7 适用试样：危险性液体，干燥粉体 测量实验方法： 1 取砂光粉样约o 1 9 装入5 0 m l 烧杯中 2 加入浓度为9 5 的乙醇约2 0 m 1 ，搅拌均匀 3 将悬浮液放置半小时，使混合充分 4 开动分析仪，将悬浮液倒入l s 2 3 0 的样品池中，调定样品的浓度 5 、对分析结果进行观测，记录 6 、重复实验，确定结果的重现性 3 1 3 测定结果 粉尘样品12 的测量结果如表3 1 13 1 2 所示： 表3 1 1 样品粒径的统计 l 平均粒径( um )中位径( u m )出现频率晟大粒径( um )标准差( um ) l样品l7 2 0 44 1 9 64 1 6 81 0 7 2 0 l 样品2 6 7 5 04 0 8 64 1 6 89 2 7 2 从表中我们可以看出，m d f 砂光粉尘颗粒的粒径分布非常广泛，从o 0 4 p m 左右的超 细颗粒到大于l m 的颗粒。同时，砂光粉尘颗粒粒径的分布也很不均匀，主要集中在粒径 为1 um 到2 0 0 u m 的区域，占到总量的9 0 。此外，可以看到。粒径在1 0um 以下的超微颗 粒在总量中占到了相当的比重，为1 5 1 5 ，这对佃f 砂光粉尘的除尘工作提出了相当高的 要求。旋风除尘器的最小分割粒径仅为5 um ，在这种情况下已经完全不能单独胜任了。袋 式除尘器由于其粉尘捕捉机理中的扩散机理和静电机理等的作用范围即为2 “m 以下的超微 粒径，其中扩散机理的捕捉能力更是随着粉尘粒径的减小而加强，因而可以认为袋式除尘 是比较适于鼢f 砂光粉尘这样粒径分布广，超微粒径比重大的颗粒群体的除尘工作。 表3 - l - 2 粉尘的粒径分布 样品1样品2 粒径范围( um ) 百分比( )累积百分比( )百分比( ) 累积百分比( ) 0 0 4 一l2 2 82 2 82 2 1 、 2 2 l l 一22 0 94 3 72 0 84 2 9 2 54 5 48 9 14 5 28 ，8 l 5 1 06 2 41 5 1 56 2 51 5 0 6 1 0 2 01 2 22 7 ，3 51 2 42 7 4 6 2 0 3 0“23 8 5 61 1 63 9 0 6 3 0 4 09 7 74 8 3 21 0 14 9 1 6 4 0 6 01 4 26 2 5 21 4 86 3 9 6 6 0 8 09 5 47 2 0 6 9 7 27 3 6 8 8 0 一1 0 07 1 37 9 1 96 9 28o 6 1 0 0 1 5 01 0 99 0 0 91 0 19 0 7 1 5 0 2 0 04 5 79 4 6 6 4 4 29 5 1 2 2 0 0 2 5 01 6 49 6 31 6 39 6 7 5 2 5 0 3 0 00 6 69 6 9 6o 6 49 7 3 9 3 0 0 3 5 00 3 89 7 3 4o 3 79 7 7 6 3 5 0 4 0 00 3 39 7 6 70 3 39 8 0 9 4 0 0 4 5 0o 3 49 8 o l0 3 4 9 8 4 3 4 5 0 5 0 00 3 69 8 3 7 0 3 49 8 7 7 5 0 0 5 5 00 3 49 8 7 l0 39 9 0 7 5 5 0 6 0 0o 39 9 0 l0 2 59 9 3 2 6 0 0 6 5 00 2 39 9 2 40 1 99 9 5 l 6 5 0 7 0 00 1 69 9 4 o 1 39 9 6 4 7 0 0 7 5 00 1 29 9 5 20 0 9 4 9 9 7 3 4 7 5 0 8 0 0o 0 99 9 6 10 0 7 l9 9 8 0 5 8 0 0 8 5 00 0 6 39 9 6 7 30 0 4 99 9 8 5 4 8 5 0 9 0 00 0 4 99 9 7 2 20 0 3 69 9 8 9 9 0 0 一9 5 00 0 4 49 9 7 6 6 o 0 39 9 9 2 9 5 0 1 0 0 00 0 3 69 9 8 0 20 0 1 79 9 9 3 7 1 0 0 0 一1 7 0 00 1 9 81 0 00 0 6 31 0 0 3 1 4 数据的统计整理 粒径分布测试中，不同粒径粉尘所占的百分率实际上是一定分区内的平均值，而分区 是有限的，为了得出平滑的分布曲线，需对测试结果进行统计整理。 m d f 砂光粉尘是由砂削产生的，对于由机械破碎压磨或筛分等工艺取得的粉尘，其 粒径分布大都符合罗辛一拉姆勒分布式9 】 r = 1 0 0 e x p ( - 6 d ：) ( 3 1 1 ) 式中：r 累积分布率； 卜常数，表示粒径范围相关值，值越大，颗粒越细； d 。粉尘直径； n 常数，亦称分布指数，值越大，分布域越窄。 算： 为了进行统计，通过取对数关系将式3 1 1 变为直线方程，再接最小二乘法进行统计计 l n 只= l n l 0 0 6 d ： 作换项移动后： t n 等圳； 对该式再取对数： l g l n 晕_ l g l 睥 分别将3 1 2 中的各项以下列数代替： y 1 9 l n 等) 爿= 1 9 6 b = 月 x = l g d 。 于是3 1 2 可以写成 y = a + r x 根据表3 1 2 粒径分布的测试结果，进行最小二乘法统计处理，得出系数： b = 0 0 2 7 8 n = o 8 2 8 将该值代入3 1 1 ，即得出样品的粒径分布式： r = 1 0 0 e x p ( 一o 0 2 7 8 d ：壮8 ) 2 4 ( 3 1 2 ) ( 3 1 3 ) 墨 糸 妞 避 图3 l - 2 实测数据与统计式的比较 3 2 测试试验因子水平 对试验台的性能测试试验以针刺毡( p 1 4 0 1 ) 为滤料，试验因子为袋式除尘器的过滤 速度砂光粉尘进入除尘器前的粉尘浓度和除尘器的脉冲清灰周期，试验指标为除尘器的除 尘效率和滤料粉尘层的压力损失。 根据试验台的设计过滤风速范围，本次试验将速度因素水平定在2 6 3 2 m m i n 。 粉尘浓度水平的选取则是根据m d f 生产线常用砂光机运行参数估算得到。 根据b 2 3 7 型砂光机的技术参数，设砂光机运行时吸尘风量为3 3 0 0 0 m ，进给速度为 3 0 删m i n ，砂削厚度为l n l i n ，m d f 板材密度为7 0 0 k g ，m 3 。假定砂光板材尺寸为4 1 8 尺( 1 2 2 2 4 4 m ) ，板料进给没有间隔，则吸集的粉尘浓度为： ：竺：坚三兰三生堑! ! 塑塑堕：o 0 4 7 堙，m 3 矿3 3 0 0 0 u 这一计算是建立在砂光机商负荷运行的假设之上的，从结果看，在这种情况下排出粉 尘的浓度已接近袋式除尘器可处理粉尘浓度的极限。一般认为，袋式除尘器的入口粉尘浓 度最好小于5 0 m 3 ，超过这个数值就应预置一级除尘器，因为过高的浓度增加了滤袋的负 荷，使其极易损耗。在现实生产中，砂光机排出的粉尘浓度应小于本计算值，因而最终取 粉尘浓度的因素水平为2 03 05 0 m 3 。 脉冲袋式除尘器的脉冲周期视不同的应用场合变化较大，本次试验中采用脉冲控制仪 的脉冲间隔( 相邻两个喷吹管喷吹问隔) 范围为2 ，6 0 s ，试验中所选择脉冲周期为1 2 0 s ， 1 6 0 s ，2 0 0 s 。 3 3 测试方法 3 3 1 压力损失的测定和计算 试验系统的压力损失传统上可分为除尘器的结构阻力，洁净滤料的阻力，粉尘层的阻 力，管道的局部阻力和直管段的沿程阻力。其中洁净滤料的压力损失很小，测试表明，即 使在在4 i 【l m i n 的高速过滤条件下，涤纶针刺毡洁净滤料的压损为3r n m h 2 0 ，而普通针刺 毡更是只有o 2 h 婀2 0 左右【l “，此外，由于滤料本身的压损在除尘过程是不随时间变化的， 因而在本次研究中将洁净滤料的阻力也归于除尘器结构阻力的一部分。在试验中主要考察 由滤料粉尘层引起的压力损失。 除尘管内的气流沿程压力损失和局部压损可由下式计算i 2 j ： 珞( 渑) = 珞( 纯) ( 1 + k 。) p 口。，混合气流的压力损失 p * 。，纯空气的压力损失 k 综合阻力系数 u 流出重量混