（环境工程专业论文）回转反吹袋式除尘器清灰机理及清灰系统设计方法研究.pdf

l - 。 一厂 、 】 ，i【 j，j1，1 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 ：正 思。 学位论文作者签名：石佑 日期：诱，、，秒 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。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 一 ， j t 一 东北大学硕士学位论文摘要 回转反吹袋式除尘器清灰机理及清灰系统设计方法研究 摘要 回转反吹袋式除尘器以其除尘效果好、结构简单等优点得到了广泛的应用。众所周 知，良好的清灰效果是保障袋式除尘器正常运行的关键技术之一。但是，目前尚缺乏关 于反吹风清灰机理的理论分析，只有少量实验研究，没有形成完整的、能够指导清灰系 统设计的理论研究。因此，研究袋式除尘器反吹风滤袋内气流流动规律，确定清灰负荷、 反吹风量、反吹风压及滤袋长径比等清灰系统设计相关参数，形成一套完整的清灰系统 设计方法具有突出的现实意义。 为了描述反吹风时滤袋内气流流动规律，应用不可压缩气体流动能量方程，对反吹 风时形成的袋内气流流场进行了理论分析，得到袋内气流轴向风速和径向反吹风速的计 算公式。通过对滤袋内径向反吹风速分布的分析指出，在一定粉尘负荷和一定反吹风量 条件下，反吹风速分布不均匀程度只与滤袋的长径比有关，提出了保证反吹风速均匀分 布的临界滤袋长径比概念，为合理确定滤袋尺寸提供了依据。并通过对直径l o o m m 长 6 0 0 0 r a m 的滤袋模型实际轴向风速的测定，表明实测结果与理论计算值吻合较好。 通过模型实验研究了不同粉尘负荷下，反吹风速与清灰效果之间的关系。实验结果 表明，在粉尘负荷一定的条件下，反吹风速越大，清灰效果越好；在反吹风速一定时， 粉尘负荷越大，清灰效果越好。粉尘剥离率随反吹风速的增加而提高，当反吹风风速增 加到0 0 5 8m s 时，剥离率增加趋于平缓。通过对实验数据的整理，发现反吹气流对粉 尘层的剥离力与粉尘剥离率之间具有较好的相关性，说明反吹风袋式除尘器清灰效果主 要取决于反吹气流形成的剥离力。 基于对反吹风粉尘剥离率主要取决于反吹气流形成的剥离力这一清灰机理的认识， 提出了反吹风袋式除尘器清灰系统的设计方法。首先选定所要求的粉尘剥离率，根据粉 尘剥离率与剥离力的关系，确定清灰剥离力，从而确定反吹风速和风量，进而得到反吹 风机的风量。然后计算出从室外和净气室两种吸风情况下所需反吹风机的压头。由风量 和压头就可以确定所需的反吹风机。这一方法，为反吹风清灰系统的设计提供了较为系 统的理论基础。 关键词0 回转反吹袋式除尘器；清灰机理；反吹风流场；滤袋长径比；清灰系统设计方 法 i i t - r - ， i 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t i n v e s t i g a t i o no fc l e a n i n gm e c h a n i s ma n d c l e a n i n gs y s t e md e s i g nm e t h o d o fr o t a r y r e v e r s eb a gh o u s e a b s t r a c t r o t a r yr e v e r s eb a gh o u s ei sw i d e l ya p p l i e db e c a u s eo ft h ea d v a n t a g e so fg o o dc o l l e c t i o n e f f i c i e n c ya n ds i m p l es t r u c t u r e i ti sw e l lk n o w nt h a td u s tc l e a n i n ge f f i c i e n c yi s ak e y t e c h n o l o g yt oe n s u r et h eg o o dr u n n i n go ft h eb a g h o u s c h o w e v e r a tp r e s e n t , t h et h e o r e t i c a l a n do x p e r i m e n t a lr e s e a r c ha b o u tt h er e v e r s ef l o wc l e a n i n gm e c h a n i s mi sl i t t l e t h e r ew a sn o c o m p l e t et h e o r e t i c a lr e s e a r c hw h i c hc a ng u i d et h ed e s i g no ft h ec l e a n i n gs y s t e m t h e r e f o r e ， t h ei n v e s t i g a t i o no na i rf l o wi n s i d eo ft h eb a gh o u s e ，t od e t e r m i n ec l e a n i n gs y s t e md e s i g n r e l e v a n tp a r a m e t e r s ，s u c ha sc l e a n i n gl o a d , r e v e r s ed i s c h a r g e ，r e v e r s ef l o wp r e s s u r ea n d c r i t i c a ls l e n d e r n e s sr a t i oo ft h ef i l t e rb a g a s p e c tr a t i oa r ep r a c t i c a l l ys i g n i f i c a n t i no r d e rt os t u d yt h er e g u l a r i t yo ft h eg a sf l o wi nt h ef i l t e r b a gd u r i n gr e v e r s ef l o w c l e a n i n g , e n e r g ye q u a t i o no ft h ei n c o m p r e s s i b l ef l u i di sa p p l i e d t h e o r e t i c a la n a l y s i sa b o u t t h eg c v e r s ef l o wf i e l di nt h ef i l t e r b a gi sw o r k e do u t a n da x i a lf l o wv e l o c i t ya n dr a d i a l r e v e r s ef l o wv e l o c i t yi nt h ef i l t e r - b a gc a nh ec a l c u l a t e d a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i st ot h er a d i a l r e v e r s ef l o wv e l o c i t yi nt h ef i l t e r - b a g ，t h eu n e v e nd i s t r i b u t i o no f 托v c 巧蛤f l o wc l e a n i n go n l y d e p e n d so nt h el e n g t ho ft h eb a g su n d e rac e r t a i nd u s t l o a da n df l o wd i s c h a r g e c r i t i c a l s l e n d e r n e s sr a t i oo ft h ef i l t e rb a gi ss u g g e s t e ds ot h a tt h ed i s t r i b u t i o no ft h er a d i a lr e v e r s ef l o w v e l o c i t yi sa d e q u a t e t h i sp r o v i d e sr e f e r e n c ef o rt h ea p p r o p r i a t es i z eo ft h ef i l t e r - b a g a n d a c t u a la x i a lf l o wv e l o c i t yi sm e a s u r e do nab a gh o u s em o d e lw i t hd i a m e t e ro fl o o m ma n d l e n g t ho f6 0 0 0 m mt oc o m p a r et ot h et h e o r e t i c a la n a l y s i sr e s u l t s i ti ss h o w e dt h a ta c t u a l m e a s u r e m e n tr e s u l ta n dt h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o nr e s u l th a v ea g o o dc o n s i s t e n c y t h r o u g ht h ee x p e r i m e n tt e s t ，i ts h o w st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h er e v e r s ef l o wv e l o c i t y a n dt h ed u s tc l e a n i n ge f f i c i e n c yu n d e rt h ed i f f e r e n td u s tl o a d s i ti ss h o w nt h a tt h ef a s t e rt h e r e v e r s ef l o wv e l o c i t yi s ，t h em o r ee f f e c t i v et h ec l e a n i n ge f f i c i e n c yi su n d e rac e r t a i nd u s tl o a d u n d e rac e r t a i nr e v e r s ef l o wv e l o c i t y , t h em o r ed u s tl o a di s , t h em o r ee f f e c t i v et h ec l e a n i n g e f f i c i e n c yi s a n dw i t ht h ei n c r e a s i n go f t h er e v e r s ef l o wv e l o c i t y , t h ed e t a c h e dd u s t s 锄cm o f c e v e nt h ed u s tl o a di ss t i l li n c r e a s i n gw h e nt h ev e l o c i t yr e a c h e st o0 0 5 8m s ，t h ed e t a c h m e n t i l l - t i 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t e f f i c i e n c yh a sa l r e a d yb e c a m eg e n t l y s o r t i n go u tt h ee x p e r i m e n t a ld a t a , i ti sf o u n d t h a tt h e d u s td e t a c h m e n ts t r e s sc a u s eb yt h er e v e r s cf l o wh a sag o o dr e l e v a n c ew i t ht h ed u s tc l e a n i n g e f f i c i e n c y t h i se x p l a i n st h ec l e a n i n ge f f i c i e n c yo ft h er e v e r s e f l o wb a g h o u s em a i n l yd e p e n d s o nt h ed u s td e t a c h m e n ts t r e s sc a u s eb yt h er e v e r s ef l o w o nb a s eo fu n d e r s t a n d i n gt h ed e a n i n gm e c h a n i s mo fr o t a r yr e v e r s eb a gh o u s e ，ad e s i g n m e t h o do fc l e a n i n gs y s t e mo fr o t a r yr e v e r s eb a gh o u s ei sp r o p o s e d i ft h ed u s td e t a c h m e n t e f f i c i e n c yi sc o n c e r n e d ，d e t a c h m e n ts t r e s sc a n b ed e t e r m i n e d a n da c c o r d i n gt oi t ，t h er e v e r s e f l o wd i s c h a r g ea n dp r e s s u r eo ft h er e v e r s ec l e a n i n gs y s t e mc a nb ec a l c u l a t e du n d e rt w o c o n d i t i o n so fi n h a l ef r o mo u t d o o ra n dc l e a ng a sr o o m t h e n , ap r o p e rf a nc a nb es e l e c t e d t h i sp r o v i d e st h et h e o r e t i c a lb a s i so ft h ed e s i g no ft h er e v e r s ef l o wc l e a n i n gs y s t e m k e y w o r d s ：r o t a r yr e v e r s eb a gh o u s e ；c l e a n i n gm e c h a n i s m ；r c v e r s cf l o wf i e l d ；c r i t i c a l s l e n d e r n e s sr a t i oo ft h ef i l t e rb a g ；d e s i g nm e t h o do fc l e a n i n gs y s t e m l - 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 r i i i 目录。v 第一章综述1 1 1 弓i 言1 1 2 袋式除尘器清灰中存在的一些问题1 1 3 课题的意义2 1 4 课题的研究内容3 1 5 课题的研究方法：4 第二章袋式除尘器除尘机理及清灰机理研究现状5 2 1 袋式除尘器的产生和发展5 2 2 袋式除尘器的除尘机理6 2 2 1 过滤机理6 2 2 2 滤料使用初期的除尘机理8 2 2 3 滤料j e 常使用期的除尘机理8 2 3 袋式除尘器的清灰方式8 2 3 1 机械清灰方法9 2 3 2 气流清灰方式9 i i 2 3 3 清灰控制的三种方式。1 1 2 4 袋式除尘器清灰机理的国内外研究现状1 2 2 4 1 袋式除尘技术的清灰机理1 2 2 4 2 袋式除尘器清灰效果的研究现状。1 5 第三章回转反吹袋式除尘器滤袋内反吹流场的研究1 7 3 1 回转反吹风袋式除尘器的工作原理1 7 v 东北大学硕士学位论文目录 3 2 滤袋内反吹流场的理论研究。1 8 3 2 1 反吹风速理论分布1 8 3 2 2 轴向风速理论分布2 1 3 2 3 不均匀系数及滤袋长径比2 1 3 3 滤袋内气流流动的实验研究。2 2 3 3 1 反吹风轴向流场分布2 2 3 3 2 反吹风速分布。2 6 3 3 3 滤袋临界长径比2 8 3 3 4 滤袋内气体流动阻力系数入的实验研究。3 0 3 4 刀、结。3 4 第四章反吹风清灰效果实验研究。3 6 4 1 实验系统3 6 4 2 粉尘粒径分布3 7 4 3 清洁滤袋阻力特性3 8 4 4 反吹风清灰实验研究4 0 4 4 1 滤袋阻力与粉尘负荷的关系4 0 4 4 2 反吹风速与清灰效果的关系4 1 4 5 实验数据整理与分析4 4 4 6 ，j 、；i 占z 1 5 第五章反吹风清灰系统设计方法4 6 5 1 清灰系统设计方法4 6 5 2 ，j 、结4 8 第六章结论与展望4 9 6 1 研究的结论4 9 6 2 可进一步开展的工作5 0 参考文献5 1 致谢5 4 硕士期间发表论文5 5 ： i l ， - ， 东北大学硕士学位论文第一章综述 1 1 引言 第一章综述 袋式除尘器也称为过滤式除尘器，是利用过滤介质分离捕集气体中固体粒子的净化 装置，属于高效干式除尘装置。它是最早出现的除尘设备之一，也是治理大气污染的高 效设备之一。近年来随着过滤材料的快速发展和脉冲清灰等除尘技术的不断改进，袋式 除尘器被广泛应用于冶金、机械、有色金属加工、水泥、电力等行业中的工业原料气的 精制、固体粉料的回收、特定空间内的通风和空调系统的空气净化以及去除工业排放尾 气或烟气中的粉尘粒子【。特别是袋式除尘器在高温烟尘净化方面应用的两个新增长点， 包括燃煤锅炉烟气净化和城市垃圾焚烧烟气净化方面都进行了有益的探索，并取得了可 喜的进展。在工业生产中，燃煤锅炉和工业炉窑都排放出大量的工业粉尘和烟尘，而袋 式除尘器在正是目前治理该烟尘和粉尘比较有效的技术设备。据统计袋式除尘器在除尘 器销售市场所占份额有时可以达到4 0 以上1 2 l 。 袋式除尘器的捕集效率高、捕集的粉尘细，在除尘和空气净化领域中占有重要地位。 袋式除尘器的过滤效率是衡量除尘器性能的一个重要的性能参数，通过技术的发展，在 实际使用中，袋式除尘器的过滤效率已经可以达到9 9 9 1 3 1 ：另外，从环境保护角度看， 除尘器出口浓度是具有更为重要意义的参数，因为除尘效率高并不意味着就一定能够达 到排放标准，只有当出口含尘浓度低于排放标准才能够真正满足要求。经过袋式除尘器 处理后的粉尘浓度很低，一般可低于5 0 m g m 3 、2 m g m 3 【引，可见，袋式除尘器正是符合 目前社会环保需要的除尘设备。 在国外，欧美、日本、澳大利亚等国家使用较多的就是袋式除尘器，这也是我国今 后的发展趋势，将会出现更多袋式除尘器的新建或改造工程【5 1 。 但是，袋式除尘器还有许多问题尚待解决，特别是清灰机制的建立，目前还没有一 套完整的理论指导，对于袋式除尘器的设计往往还是依据设计者的经验来确定。因此， 有必要对袋式除尘器的清灰机理及清灰系统的设计作实验分析和理论研究，以进一步优 化袋式除尘器清灰系统的设计参数。 1 2 袋式除尘器清灰中存在的一些问题 一台高质量、运行良好的袋式除尘器过滤后的烟气必须根据除尘器的设计要求达到 国家排放浓度标准；除尘器运行阻力一般保持在1 5 0 0 p a 以下；滤料工作寿命达到2 年 以上；脉冲清灰系统的电磁脉冲阀工作寿命达到5 年1 0 万次喷吹。 - 1 - 东北大学硕士学位论文 第一章综述 然而，在袋式除尘器运行过程中，由于种种原因，袋式除尘器达不到最优性能。导 致袋式除尘器失败的最普遍的原因，就是清灰系统失效。即反吹风量、反吹风压或者喷 吹进滤袋的压缩气清灰力量不能有效地把粘附在滤料上的粉尘剥离，使除尘器的阻力升 高。其他原因包括电磁脉冲阀的质量、滤料选用不恰当或加工质量差：产生水解、酸解、 温度过高、覆膜剥落、滤袋破裂等现象：入口烟气浓度、露点、花板的开孔间距、布管 途径没有控制好；壳体和灰斗的设计和制造工艺不佳，产生漏气等现象。再有缺乏设备 运作阶段的维护管理1 6 j 。 如果袋式除尘器清灰系统运行不良可能会增加运行费用，引起安全事故【7 l 。 ( 1 ) 由于清灰效果差，除尘系统的压差阻力过高，风机运行超负荷，能源损耗增 大；由于清灰力度不够，导致糊袋现象，滤袋使用寿命缩短，使整台除尘器的除尘效率 降低；由于需要经常更换膜片，工厂必须把膜片当成易耗品大量库存备件，并且经常性 地花费大量的人力物力更换膜片，不利于企业控制生产成本和提高生产效益。 ( 2 ) 清灰系统不良可能会引起安全事故：如果烟气中含有易燃易爆气体，再加上滤 料的阻力增大，可能会导致重大危险事故的发生。 因此，保障袋式除尘器清灰系统的正常运行是十分必要的。在滤料选择适宜的条件 下，袋式除尘器运行好坏在很大程度上取决于清灰方式的确定和清灰系统的设计科学与 否。近几年来，反吹风袋式除尘器和脉冲袋式除尘器在国内外用途极为广泛，但在清灰 技术上还存在不少问题，袋式除尘器清灰系统依然主要凭借经验方法进行设计，对于 反吹风量、反吹风压、脉冲喷吹压力、脉冲喷吹流量及喷吹时间和每个分室内的过滤面 积、滤袋直径、长度等主要参数的确定缺乏可遵循的理论依据【8 】【9 l 。针对不同除尘器工 作状况，单凭经验设计的反吹风机或喷吹工作参数及系统结构往往造成除尘器清灰时粉 尘剥离率偏低，过滤阻力升高过快，致使频繁清灰：或者清灰效果良好，但清灰行为过 于剧烈，容易造成滤袋的破损。上述两种情况都严重影响袋式除尘器的平稳运行，增加 过滤过程和清灰过程的能量消耗，降低滤袋的使用寿命。 1 3 课题的意义 袋式除尘器正常工作过程可以概括为两项主要内容： ( 1 ) 粉尘过滤含尘气流在穿过滤袋滤料时，粉尘颗粒在各种分离因子综合作 用下从气流中分离出来，在滤袋表面形成逐渐增厚的粉尘层； ( 2 ) 滤袋清灰随着过滤时间的延长，滤袋表面的粉尘层厚度增加，过滤阻力 升高，当阻力提高到一定数值后，就要对滤袋进行清灰，使滤袋的过滤性能得以恢复。 2 ， ， 上 东北大学硕士学住论文第一章综述 为了实现上述功能，袋式除尘器的设计要完成三方面任务： ( 1 ) 针对处理含尘气体的特性选择适宜的滤袋材料，确保滤料使用安全可靠、除 尘效率高、过滤阻力适中； ( 2 ) 依据粉尘性质确定合宜的清灰方式，科学设计清灰系统，确保粉尘层的有效 剥离，使过滤过程始终保持在高净化效率和适中过滤阻力的平稳运行状态中； ( 3 ) 根据滤袋型式、清灰方式、结构要求以及维护管理的需要，设计除尘器的机 械结构。 综上所述，对于一台袋式除尘器，性能优良、与处理烟气特性相适宜的滤料是保障 除尘器运行良好的前提；设计科学、能够对粉尘实现有效剥离的清灰系统是保障除尘器 运行良好的关键；而设计合理的机械结构则是保障除尘器运行良好所必须的平台。 在保证滤袋质量的前提下，前述的袋式除尘器出现的种种问题，归根结底就是清灰 系统及其结构设计不合理，没有完整、系统的清灰技术的理论研究。因此，开展系统的 袋式除尘器清灰技术的研究无论是对于科学研究的学术价值，还是对于袋式除尘器清灰 系统设计的实际意义，都是十分重要的。 1 4 课题的研究内容 本课题主要是针对回转反吹袋式除尘器清灰的清灰机理进行的理论与实验研究，揭 示清灰过程中各种相关参数之间的数量关系并根据理论与实验研究结果，提出清灰系 统设计方法。具体研究内容主要包括以下几个方面： ( 1 ) 回转反吹袋式除尘器反吹清灰气流的流动规律 回转反吹袋式除尘器属反吹类袋式除尘器，在除尘器上部设有旋转臂，清灰时，旋 转臂匀速运动或者定位运动，反向清灰气流由专设的反吹风机，通过旋转臂上的风口送 入滤袋，达到反吹清灰的目的。回转反吹袋式除尘器多为外滤式，反吹风袋式除尘器反 吹清灰气流的流动可以认为是过滤过程的反向流动，研究把反吹清灰的滤袋抽象为透气 壁管路的非稳定流动，在滤袋长度方向上取一微元体进行分析，推导出反吹清灰时袋内 轴向速度分布、滤速分布和压力分布。并设计实验方案，验证有关轴向流速、径向清灰 气流流速、压力分布的理论模型。 ( 2 ) 清灰效果实验研究 通过实验研究不同粉尘负荷下，不同反吹风速对清灰效果的影响，得出不同粉尘负 荷下，反吹风速与粉尘剥离率的曲线图，提出实验条件下最佳反吹风速，以及适宜的清 3 一i 东北大学硕士学位论文 第一章综述 灰负荷。并整理实验数据，提出清灰剥离力与清灰效果之间关系的理论模型，得出反吹 风清灰的清灰机理。 ( 3 ) 反吹清灰系统设计方法 在回转反吹袋式除尘器反吹清灰机理的理论与实验研究的基础上，根据反吹清灰气 流分布以及实验确定的清灰剥离力与清灰效果之间的关系，确定反吹风清灰技术的一些 重要参数，如反吹风速、反吹风量和风压等，形成一套较为系统的反吹风清灰系统的设 计方法。 1 5 课题的研究方法 本课题主要研究了回转反吹风袋式除尘器的清灰机理，课题采取理论研究与实验研 究相结合的方法，理论研究中的一些常用参数需要用实验手段来确定。 其理论研究方法如下： 首先在滤袋长度方向上取一微元体，微元件的周边为滤袋，对微元体分析气体的流 进与流出，建立滤速与滤袋内轴向流速和压力分布的微分方程。对微元体的分析可以建 立轴向速度与清灰气流速度的关系、滤袋上某点的阻力与清灰气流速度的关系式和微元 体两断面间的能量方程。由这三个基本关系式即可导出滤袋内的压力分布、轴向速度分 布、清灰气流速度分布和粉尘剥离力。根据理论推导出的反吹风量和风压特性方程和实 验研究获得的剥离力与粉尘剥离率之间关系以及预定的粉尘剥离率，就可以确定清灰时 的反吹风量及其送风压力( 即选取适宜的反吹风机) 、分室过滤面积( 或滤袋直径、滤 袋长度和滤袋数量等) 。 根据以上理论研究结果，将理论研究中需要确定的一些常用参数采取实验的方法确 定出来。 4 q - 东北大学硕士学位论文第二章袋式除尘器除尘机理及清灰机理研究现状 第二章袋式除尘器除尘机理及清灰机理 研究现状 2 1 袋式除尘器的产生和发展 袋式除尘器早在1 9 世纪8 0 年代1 1 0 l 就开始应用于生产实践中，1 8 8 1 年【1 1 】，贝特( b e t n ) 工厂的机械振打清灰方式袋式除尘器取得德国专利；1 9 3 0 年1 1 2 l ，出现了逆气流清灰法； 1 9 5 4 年，海赛( h j h e r s c y ) 1 1 3 l 发明了逆喷型吹气环清灰技术，使得袋式除尘器实现了 除尘、清灰连续操作，处理量提高数倍，滤袋压力较稳定；特别是1 9 5 7 年，清灰方法 实现了技术突破，雷英纳尔( t v r e i n a u e r ) 1 4 l 发明的脉冲袋式除尘器，被认为是袋式 除尘技术的一次重大发现，它不但使操作和清灰连续，滤袋压力损失更趋于稳定，处理 气体量进一步增大，而且内部无运动部件，滤布寿命更长、结构更简单。 2 0 世纪7 0 年代以后，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、干法水泥转窑窑尾 和电炉除尘，单台过滤面积超过1 0 0 0 0 m 2 的不在少数i 堋，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“电改袋一工程； 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。 我国于上世纪6 0 年代1 1 6 1 试制成功了第一台脉冲袋式除尘器，开辟了袋式除尘器的 新天地。在燃煤电厂，袋式除尘器的使用起源于2 0 世纪8 0 年代初i r 刀，先后在小型燃煤 机组上使用，由于当时火电厂烟气排放在环保上没有要求，袋式除尘器整体技术水平落 后且对袋式除尘器的认识和使用经验不够，出现了“烧袋”、“糊袋”、“漏袋”、“清灰不 灵 等现象，因此没有坚持下来。9 0 年代后，基本上不再有电厂使用袋式除尘器，严重 阻碍了大型脉冲袋式除尘器在国内的进一步发展和应用，直至近几年才重新开始发展起 来，这些年，正是由于袋式除尘技术的进步以及新型过滤材料的研究开发，越来越多的 袋式除尘器被使用以控制工业烟尘排放。 回转反吹袋式除尘器是日、美等国家于6 0 年代开发的一种新型袋滤器。1 9 6 2 年日 本首先研制成功。同时美国c a r t e r - d a y 公司推出对、r f 两个系列回转反吹袋式除尘器： 美国p n o u m t a i l 公司推出p n 系列回转反吹圆袋式除尘器【墙l 。 我国于1 9 7 5 年着手开发回转反吹扁袋除尘器，1 9 7 9 年编制回转反吹圆袋式除尘器 - 5 - 东北大学硕士学位论文第二章袋式除尘器除尘机理及清灰机理研究现状 系列化设计，现有z c 、l m f 、f d 、l d b 等十六个系列。近年来，回转反吹袋式除尘器 又有一些新的发展。在旋臂的形式上，改用自平衡性能较好的双臂对挑式或采用三臂分 叉式。 在反吹形式上，发展更是迅速。一是采用步进式定位喷吹技术，它突破了传统的匀 速回转机构实现动态清灰的束缚。借助于一套专门设计的步进定位喷吹机构，即在原有 的双级蜗轮前置槽轮拨动定位结构。按外圈袋数确定定位喷吹次数、按槽轮结构和形状 确定定位时间。这样处理在一定程度上解决了内外圈滤袋清灰不均匀的问题，而且克服 了粉尘二次反滤的问题【1 9 l 。这种除尘器是目前应用最广泛的一种袋式除尘器，特别适 用于中小型尘源。 2 2 袋式除尘器的除尘机理 2 2 1 过滤机理 用作捕集颗粒的滤料，其本身的网孔较大，但却能除去粒径1 微米以下的颗粒。其 除尘机理主要有以下几个方面1 2 0 1 ： 2 2 1 1 筛分作用 含尘气体通过滤料时，滤料纤维间的孔隙或吸附在滤料表面上的粉尘颗粒间的孔隙 把大于孔隙直径的尘粒分离下来，称为筛分。对于清洁滤料，由于纤维之间的孔隙很大， 筛分效果不明显，除尘效率较低；当滤料使用一定时间后，因在其表面积聚了一定厚度 的孔隙较小的粉尘初层以及纤维间孔隙尺寸因尘粒的渗入变小，才使筛分作用显著起 来。 2 2 1 2 惯性碰撞 由于滤料纤维排列复杂，含尘气流在纤维层内穿过时，其流线要屡经激烈的拐弯。 当尘粒质量或速度( 可以近似看成气流的速度) 较大时，在流线拐弯处，尘粒由于惯性来 不及跟随流线同时绕过纤维，只能脱离流线而向纤维靠近，并碰撞在纤维上而被捕集。 尘粒质量越大，过滤风速速越高，惯性作用就越强，捕集效果也就越好。应当说明，以 上分析惯性机理时只考虑了尘粒的质量而不计其粒径的大小。 2 2 1 3 扩散作用 扩散作用发生在粒径较小的尘粒中，小于1 z m 的尘粒，特别是小于0 犁m 的亚微米 粒子在气体分子的撞击下脱离流线，像气体分子一样作不规则的布朗运动，如果在运动 过程中和纤维接触，即可从气流中分离出来，这种作用称为扩散作用。这就增加了粉尘 6 东北大学硕士学位论文第二章袋式除尘器除尘机理及清灰机理研究现状 与滤料表面的接触机会而使粉尘容易被捕集。就粒径与过滤风速对其捕集效果的影响而 言，这种扩散作用与惯性作用正相反，会随着过滤气速的降低、尘粒粒径的减小而增强。 以玻璃纤维为例，纤维越细除尘效率越高。 2 2 1 4 拦截作用 滤料纤维在纤维层内错综复杂的排列会形成无数微孔，当含尘气体接近滤料时，细 小的粉尘随气流一起运动通过微孔，而对于尘粒半径大于流线( 也是尘粒的中心线) 到纤 维表面的距离的尘粒沿着流线运动到纤维表面附近时，尘粒就会在纤维表面被拦截而沉 积下来。滤料的孔隙越小，这种拦截作用就越显著。应当指出，在拦截机理的分析中只 考虑了尘粒粒径而不计其质量。 2 2 1 5 静电作用 般来说，粉尘粒子和滤料都可能带有电荷，两者之间遵循同性相斥，异性相吸的 原理。若尘粒与滤料所带电荷相反，有利于尘粒吸附在滤料上，可以提高除尘效率，但 尘粒却难以清除。若尘粒与滤料带有同性电荷，情况则相反，粉尘粒子将受到排斥。因 此，如果外加电场，可强化静电效应，从而提高除尘效率。静电效应一般在尘粒粒径小 于l g m ，气流速度很低时，才显示出来。 2 2 1 6 重力沉降 当缓慢运动的含尘气流进入除尘器后，粒径和密度大的尘粒，可能因重力作用自然 沉降下来。 重力 图2 1 袋式除尘器的除尘机理 f i g 2 1t h ec o l l e c t i o nm e c h a n i s mo ff a b r i cf i l t e r 上述几种捕集机理的作用如图2 1 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。 7 -，- i ， q 一， ， 东北大学硕士学位论文第二章袋式除尘器除尘机理及清灰机理研究现状 2 2 2 滤料使用初期的除尘机理 利用滤料收尘，初期的收尘机理，对于织造布和非织造布是不同的。织造布首先是 粉尘粒子在布的孔眼内架桥形成粉尘层，然后收尘率上升；而非织造则与空气净化器相 似，粉尘粒子不仅能附着于纤维( 棒状) 上形成粉尘层，而且还能浸入滤布的内部，有 内部过滤的倾向。因而可以认为滤料收尘的初期，起主要作用的收尘机理是惯性碰撞、 扩散和截留，此外，静电力和重力也有一定作用。在此期间的收尘率约为5 0 - - 8 0 。 2 2 3 滤料正常使用期的除尘机理 含尘气体通过滤料时【2 l l ，随着它们深入滤料内部，使纤维空间逐渐减小，最终形成 附着在滤料表面的粉尘层( 称为初层) 。袋式除尘器粉尘捕集主要依靠粉尘初层及以后 逐渐堆积起来的粉尘层起收尘作用。莱兹( l e i t h ) 和弗斯特( f i r s t ) 则认为粉尘粒子穿 透滤料造成收尘率下降，主要是由于两种因素，即图2 2 中所示的直通和压出。如果粉尘 层有一个最适厚度，那就不仅对粗粒子( 1 u m 以上) 而且对细粒子( 1 9 m 以下) 都能很 好的捕集，并认为过滤风速越低越好。 滤布 直通 压出气孔 寺 圭 专 茜矗一 图2 2 粉尘通过滤料的机理 f i g 2 2t h em e c h a n i s m o fd u s tt h r o u g hf a b r i cf i l t e r 2 3 袋式除尘器的清灰方式 袋式除尘器使用过程中的关键工序是清灰再生，滤袋清灰是保证袋式除尘器可持续 使用的必不可少的措施，因为滤袋表面积灰后，必然减少了滤料的孔隙率，使阻力增加。 而滤料的阻力增加到一定程度时，过滤效率将不再增加，反而会有所下降，因为阻力增 大即滤料所受的压差增大，尘粒就会从滤料最薄弱的地方通过，其数量会随着阻力的增 加而增大。对于风机来说，按风机的工作性能，随着系统阻力的增加风量就会减小，因 此当滤袋表面积尘量达到一定值时，必须把滤袋上的积聚的粉尘层清除到一定程度，使 滤袋再生，恢复必要的透气性，使之具有继续除尘的功能。对除尘器清灰的基本要求是 从滤料表面迅速、均匀地清落沉积的粉尘，同时又能保持一定的粉尘初层，并且不损伤 滤袋和消耗较少的动力。清灰效果的优劣直接影响除尘器的阻力、效率、滤料使用寿命 8 东北大学硕士学位论文 第二章袋式除尘器除尘机理及清灰机理研究现状 舭熏 2 3 2 气流清灰方式 气流清灰是利用反吹气流使滤袋瞬时胀缩将积尘抖落的清灰方法。气流清灰有几种 形式：逆气流清灰、气环反吹清灰、回转反吹清灰、脉冲喷吹清灰，如图2 4 所示。与机 械清灰方式相比气流清灰具有处理风量大、清灰效果好、工作稳定、对滤袋损伤小等优 点。 2 3 2 1 逆气流清灰方式 逆气流清灰是利用阀门开闭来改变气流方向，造成与过滤气流方向相反的气流冲击 9 q ， ， 东北大学硕士学位论文第二章袋式除尘器除尘机理及清灰机理研究现状 而达到清灰的目的。逆气流清灰可分为反吹风和反吸风两种。逆气流清灰方式所用的清 灰气流，可以由系统主风机提供，也可设置单独风机供给。采用逆气流清灰，各袋滤室 内的气流分布比较均匀，尽管清灰强度较小，但通过滤袋的胀、瘪动作，也可取得较好 的清灰效果。目前，逆气流清灰方式一般都应用在大型袋式除尘器上，由于处理烟气量 大，采用这种清灰方式，不仅可以取得较好的清灰效果，而且也节省了较大的压缩空气 量。 2 3 2 2 气环反吹清灰方式 气环反吹是一种特殊的气流清灰方式，如图2 4 所示。气环反吹清灰是在内滤式圆筒 形滤袋的外侧，贴近滤袋表面设置中空的圆环。圆环可上下移动，利用软管与压气或高 压风机连接。由圆环上的缝状喷嘴喷出高速气流，把沉积在滤袋表面的内侧粉尘清落， 从而达到清灰的目的。气环反吹清灰能力较强，适用于毡类的滤袋。气环用链条传动使 之滑导轨上下移动，结构比较复杂，且容易产生损伤滤袋的现象。气环反吹若应用于织 布，反向气流可能会破坏初滤层而使收尘率降低，目前仅在制氧机上有所应用。 奢垒 鼍 ( a ) 逆气流清灰( b ) 气环反吹清灰( c ) 回转反吹 图2 4 气流清灰方式 f i g 2 4r e v e r s ef l o wd u s tc l e a n i n gm o d e 2 3 2 3 回转反吹清灰方式 回转反吹清灰也是一种特殊的气流清灰方式。是2 0 世纪6 0 年代发展起来的一种新型 清灰方式。这种清灰方式的袋式除尘器占地面积较小，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。 回转反吹清灰滤袋多为外滤式，采用分圈反吹方式，如图2 4 所示。其效能介于反吹 风和脉冲清灰之间，但不需要压缩空气。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。旋臂每旋转1 圈，内外各圈上的每一个滤袋均被清灰一次。 1 0 东北大学硕士学位论文第二章袋式除尘器除尘