袋式除尘器脉冲喷吹清灰机理研究.pdf

分类号 u d c 密级 学位论文 袋式除尘器脉冲喷吹清灰机理研究 1 73287l 作者姓名 马鑫 指导教师 郝文阁副教授 东北大学环境工程研究所 申请学位级别 硕士学科类别 工学 学科专业名称 环境工程 论文提交日期 2 0 0 9 年6 月论文答辩日期 2 0 0 9 年7 月 学位授予日期 2 0 0 9 年7 月答辩委员会主席 胡筱敏教授 评阅人 冯国会教授 黄戊生副教授 东北大学 2 0 0 9 年6 月 ad i s s e r t a t i o ni ne n v i r o n m e n t a l e 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 fp u l s e j e t b a g f i l t e r b ym ax i 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 n e2 0 0 9 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 马是 日 期 硼尹不乡 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 一年口一年半口两年口 学位论文作者签名 号轰 签字目期 如7 了 乡 d q j 7 导师签名 签字日期 及闺 7 一九 东北大学硕士学位论文 摘要 袋式除尘器脉冲喷吹清灰机理研究 摘要 随着粉尘排放标准的日趋严格 袋式除尘器得到了越来越广泛的应用 袋式除尘器 的运行实践表明 选择与净化烟气特性相适宜的滤料和设计优良的清灰系统是确保除尘 器运行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 清灰系统则关 系到除尘器能否长期保持稳定运行 优良的清灰效果取决于清灰系统设计的科学性 而 清灰系统设计科学性的前提是对清灰过程内在机理的透彻理解 针对脉冲喷吹袋式除尘器的清灰过程 首先运用绝热流动的全能方程计算出喷口的 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 最终根据实现滤袋清灰对喷射气流流量和能量的要求 针对不同的粉尘负荷 喷 吹压力 喷口直径 建立了喷射距离 引射口直径 扩张口直径以及反吹风速度等重要 参数的计算方法 并讨论各个参数之间的关系 此外 还对滤袋内部气流的压力分布进 行了推导 通过改变喷射距离和扩张口直径的途径进行实验 根据滤袋的清灰效果 证 明了关于脉冲喷吹清灰过程的理论描述是正确的 通过改变喷吹压力 喷口直径和粉尘 负荷 实验测试各种组合情况下 粉尘剥离率与各影响因子之间的相互关系实验结果表 明为 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 o 9 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 4 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 剥离率随着喷口直径的增大而升高 对比分析理论计算所得的不同条件下 脉冲清灰气流在滤袋内由径向反吹气流作用 在粉尘层上所形成的粘性力与实验测得相应粉尘剥离率的数据 发现两者具有较好的相 关性 基于这一事实脉冲喷吹清灰的过程可以概括为 高压空气经喷口高速射出 诱导 周围空气形成射流气流 在喉管处形成最大的流量 射流气流经扩张管将大部分动能转 化为压能 从而在袋内形成径向反吹气流 反吹气流在穿透滤料和粉尘层时 作用在其 上的粘性力是吹脱滤袋表面粉尘层和形成反向加速度的直接原因 因而要实现良好的清 灰效果 必须以获得袋内最大反吹风速为关键 科学的对清狄系统进行设计 根据理论与实验研究揭示出脉冲喷吹清灰机理 提出清狄系统的设计方法 首先 根据预期的剥离率 运用剥离率和剥离力的关系确定对应粉尘层剥离力 其次 根据剥 离力计算式确定反吹风速 再次 根据反吹风速计算式计算出相应的喷口直径 喷射距 东北大学硕士学位论文 离 引射口直径和滤袋长径比 最后 对配套空压机供气压力尸2 和供气量q 2 进行 关键词 袋式除尘器 脉冲喷吹 清灰机理 剥离率 剥离力 i i i 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t s t u d yo nc l e a n i n gm e c h a n i s m o fp u l s e j e tb a g f i l t e r a bs t r a c t w i t ht h ed u s to ft h ei n c r e a s i n g l ys t r i n g e n te m i s s i o ns t a n d a r d s b a gf i l t e rh a sb e e n i n c r e a s i n g l yw i d e l yu s e d b a gf i l t e ro p e r a t i o ns h o w st h a tt h e r e a r et w ok e yf a c t o r so f s u c c e s s f u ls e l e c t i o nw h i c ha r et h es u i t a b l ep u r i f i c a t i o na n dd e s i g n i n ge m i n e n tc l e a n i n gd u s t s y s t e m 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 ff 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 e a f f e c t e d t h es t a b i l i t yo fb a gf i l t e r e x c e l l e n tc l e a n i n ge f f e c to fc l e a n i n gd e p e n d so nt h e s c i e n t i f i cn a t u r eo fs y s t e md e s i g n u n d e r s t a n d i n go ft h ei n h e r e n tm e c h a n i s mt h o r o u g ht h e c l e a n i n gd u s tp r o c e s si st h eb a s i so fd e s i g n i n gt h es c i e n t i f i cc l e a n i n gd u s ts y s t e m a i m i n ga tp u l s e j e tb 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 e r ed e d u c e da p p l i e d c o e r c i b l eg a sh e a t i 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 mt h e o r y a i r a 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 ot h e r 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 r d i l a t e rd 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 a tt h es a m et i m e a n a l y s i so ft h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h er e l e v a n tp a r a m e t e r s a n dd e r i v e f r o mt h ep r e s s u r ed i s t r i b u t i o ni n s i d et h eb a g t h em a t h e m a t i c a ld e s c r i b ef o rd u s t c l e a n i n g c o u r s eo fp u l s e j e tb a gf i l t e rs e t t l e dt h e o r e t i c a lb 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 f o rv a l i d a t i n gt h et h e o r yo ft h ee j e c t i n gd i s t a n c ea n dd i l a t e rd i a m e t e ra r er i g h to rw r o n g b y t h ee f f e c to fc l e a n i n gd u s t p r o v e do nt h ep u l s ej e tc l e a n i n gp r o c e s sd e s c r i b e di nt h et h e o r yi s c o r r e c t t h ee x p e r i m e n t a lm e a s u r ed u r i n gt h ec e r t a i nd u s tl o a d j e t t i n gp r e s s u r ea n dn o z z l e d i a m e t e r c o n d i t i o n i n gt h eb e s td i s t a n c eb e t w e e nt h en o z z l ea n dt h et o po ft h eb a g m e a s u r i n g t h ed u s t c l e a n i n ge f f i c i e n c y 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 dt 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 hi n c r e m e n to fd u s tl o a d w h e nt h e d u s tl o a dw a sl a g e rt h a n0 9 k g m 2 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 s u n d e ra c 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 yi n c r e a s e dq u i c k l yw i t hi n c r e m e n to f j e t t i n g p 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 rt h a n 0 4 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 o i v 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t s 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 t h ed 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 d q u i c k l yw i t ht h en o z z l e c o m p a r a t i v ea n a l y s i so ft h et h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n sw h i c hi su n d e rt h ed i f f e r e n t c o n d i t i o n sp u l s ec l e a n i n gd u s ti nt h eb a g sf o r mt h ev i s c o u sf o r c e a n dt h ec o r r e s p o n d i n gd u s t s p i n o f ff r o me x p e r i m e n t b o t hh a v ef o u n dt h a tt h e r ei s ab e t t e rc o r r e l a t i o nb e t w e e nt h e m p u l s eb a s e do nt h ef a c tt h a tt h ep r o c e s so fc l e a n i n gc a nb es u m m e du p h i g h p r e s s u r ea i r t h r o u g hv e n t sh i g h s p e e di n j e c t i o ni n d u c et h ea m b i e n ta i rf l o wf o r m i n gt h ej e t a n df o r mt h e l a r g e s tf l o wo nt h em o u t ho ft h ee j e c t o rp i p e t h ej e tf l o ww i l lb eg r a d u a l l yf r o mk i n e t i c e n e r g yt op r e s se n e r g y s oi tf o r m sr e v e r s ea i rj e ti nt h eb a g w h e nt h er e v e r s ea i rj e tp e n e t r a t e s t h ed u s ta n df i l t e rm a t e r i a l t h er e a s o no ft h ec l e a n i n gd u s ta n df o r m i n gt h er e v e r s e a c c e l e r a t i o ni st h ev i s c o u sf o r c ew h i c hi so nt h ef i l t e rm a t e r i a lf o rc l e a n i n gt h ed u s t s of o r a c h i e v i n gag o o dc l e a n i n ge f f e c t t h em o s ti m p o r t a n ti so b t a i n i n gab i gr e v e r s ew i n d w a r d c o n s e q u e n t l ys c i e n t i f i cd e s i g nt h ec l e a n i n gs y s t e m a c c o r d i n gt ot h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n t a ls t u d i e sr e v e a lt h em e c h a n i s mo fp u l s ej e t c l e a n i n g p r o p o s e dd e s i g nm e t h o do fc l e a n i n gs y s t e m f i r s t l y b a s e do np r o s p e c t i v ee 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 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 y s e c o n d l 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 i r d l y 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 je c t i n gd i s t a n c e s l e n d e r n e s sr a t i o a n da i rd e m a n dw e r eo 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 l a s t l y i ti s m e a s u r e dt h em a t c h i n gs u p p l y i n gt h ev o l u m ea n dp r e s s u r eo fg a s k e yw o r d s b a gf i l t e r p u l s e j e t m e c h a n i 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 ge f f i c i e n c y d e t a c h m e n ts t r e s s n 东北大学硕士学位论丈目录 目录 独创性声明 i 摘要 ii a b s t r a c t i v 第1 章绪论 1 1 1 引言 l 1 2 袋式除尘器的除尘机理 2 1 3 袋式除尘器的清灰方式 4 1 3 1 振打方式清灰 4 1 3 2 脉冲喷吹清灰 5 1 3 3 反向气流清灰 一7 1 4 袋式除尘器清灰技术研究进展 7 1 4 1 袋式除尘技术的清灰机理 7 1 4 2 袋式除尘器的清灰影响参数研究 lo 1 4 3 清灰过程的研究 14 1 5 课题研究意义 一l5 1 6 课题研究内容 l5 第2 章脉冲喷吹清灰理论研究 1 7 2 1 脉冲喷吹袋式除尘器工作原理 1 7 2 2 脉冲清灰气流的理论描述 18 2 2 1 喷口的流速和流量 l8 2 2 2 射流断面的气体流量和能量 一2 0 2 2 3 喷口距射流截面距离与反吹风速 2 6 v i 东北大学硕士学位论文 目录 2 3 喷吹系统相关参数计算 2 7 2 3 1 喷射距离 扩张口直径及反吹风速 2 7 2 3 2 滤袋长径比 2 9 2 4 滤袋内清灰气流压力分布 3 0 2 5 小结 3 2 第3 章脉冲喷吹清灰实验系统与方法 3 3 3 1 实验系统 3 3 3 2 实验方法 3 4 3 2 1 粉尘粒径分布的测定 3 4 3 2 2 净袋阻力特性的测定 3 4 3 2 3 粉尘层阻力特性的测定 一3 5 3 2 4 相关参数的确定方法 3 6 3 2 5 理论验证实验 3 7 3 2 6 清灰效果实验 3 8 第4 章实验结果与讨论 4 0 4 1 粉尘粒径分布 4 0 4 2 净袋及粉尘的阻力特性 4 1 4 3 理论验证实验 4 3 4 4 影响因素与清灰效果的关系 4 4 4 4 1 粉尘负荷与剥离率的关系 4 4 4 4 2 喷吹压力与剥离率的关系 4 7 4 4 3 喷口直径与剥离率的关系 一4 8 4 5 粉尘层剥离力与剥离率的关系 5 0 4 6 小结 5 1 第5 章清灰系统设计方法 5 2 v i l 东北大学硕士学位论文目录 5 1 清灰系统设计方法 5 2 5 2 小结 5 4 第6 章结论与展望 5 5 6 1 结j 沧 5 5 6 2 展望 5 6 参考文献 5 7 致谢 一6 1 东北大学硕士学位论丈第1 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 在化工 建材 医药 火力发电等行业中使用的散装固体物料的配料 投料 混合 及燃料燃烧等工序均会产生并散发出粉尘 这些粉尘弥漫到空气中造成污染 使大气环 境变得恶劣 而且粉尘粒度很小 对人体健康危害很大 有资料 l 手艮道 粉尘粒径为o o l 0 5l am 时可通过呼吸 皮肤或嘴直接接触进入人体 目前 国家对环境保护的要求越来 越高 火电厂大气污染物排放标准 g b l 3 2 2 3 2 0 0 x 版 已由国家环保总局发布 第三时段 烟气允许排放浓度由原标准的2 0 0m g m 3 降为s 5 0m g m 3 这是电除尘器所不能达到的一 个标准 2 该标准不但提高了烟尘的排放标准 而且加强了硫化物排放的限制 这将促 进采用石灰石进行炉内脱硫循环流化床锅炉的普遍应用 同时 煤粉炉采用向炉膛或烟 道中加入脱硫剂等各种干法或半干法脱硫措施 可以降低s 0 2 的排放 这些脱硫措施将 会增加烟气中粉尘浓度 提高粉尘的比电阻 降低电除尘器的除尘效率 布袋除尘器在 除尘的同时 具有进一步脱硫及控制有害气体的作用 更适宜于采取脱硫措施的锅炉除 尘 3 1 工业发达国家从2 0 世纪7 0 年代开始将袋式除尘器用于火电厂的烟气净化 4 1 迄今己 基本走完了用袋式除尘器取代高压静电除尘器或其它除尘器的过程 袋式除尘器及其相 关技术的创新和发展 使袋式除尘器的性能不仅表现为除尘效率更高 运行更经济 而 且在除尘的同时可以完成脱硫及去除有害气体 袋式除尘器满足了新环保法规对燃煤锅 炉烟气净化的指标要求 是其它种类除尘器无法做到的 而且充分体现了在投资方面的 经济性 美国到1 9 8 9 年底已有9 9 套袋式除尘器用于火电厂烟气净化 总装机容量为2 1 3 5 万千瓦 另外还有6 套与装机容量1 9 5 万千瓦机组配套的袋式除尘器正在建造中 同本 德国 加拿大 澳大利亚 韩国等发达国家也纷纷将电除尘器改为袋式除尘器 5 j 近年来 袋式除尘器在国内发展也很快 6 尤其是大型袋式除尘器的出现 新的滤 料和新的脉冲阀的开发 增强了袋式除尘器的安全可靠性 不仅除尘效率高 而且受粉 尘特性和烟气成分的影响也较小 原有的袋式除尘器随着新滤料和脉冲阀的更新换代 仍可保持除尘效率 技术改造比较方例7 1 我国幅员辽阔 煤种复杂 各燃煤电厂的锅炉运行条件差别很大 这给袋式除尘器 提供了一个巨大的市场 随着电厂燃煤锅炉各项污染物排放浓度标准的提高 袋式除尘 图1 1 纤维捕集粉尘机理 f i g 1 1t h em e c h a n i s mo ff i b r ec a t c h i n gd u s t i 惯性碰撞2 拦截作用3 扩散作用4 静电作用 1 i n e r t i ah i t2 h o l du pa c t i o n 3 d i f f u s ea c t i o n4 s t a t i ca c t i o n 如图1 1 所示 根据不同粒径的粉尘在流体中运动的不同力学特性 过滤除尘机理涉 及到以下几个方面 a 筛滤作用 过滤器的滤料网眼一般为5 5 0um 当粉尘粒径大于网眼直径或沉积 在滤料间的尘粒之间的空隙时粉尘即被阻留下来 称为筛滤作用 对于新的织物滤料 由于纤维问的空隙远大于粉尘粒径 所以筛滤作用很小 但当滤料表面沉积大量粉尘形 筛滤作用就成为主要除尘机理 2 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 b 惯性碰撞作用 如图1 1 中 1 所示 当含尘气体接近滤料的纤维时将绕过纤维 而气流中包含的较大的粒子 l jm 由于惯性作用偏离气流流线继续沿着原来的运动方 向前进 撞击到纤维上而被捕集 这就叫做惯性碰撞 所有处于粉尘轨迹临界线内的大 尘粒均可到达纤维表面而被捕集 惯性碰撞作用随着粉尘粒径及气流流速的增大而增 强 因此 提高通过滤料的气流流速 可提高惯性碰撞作用 c 拦截作用 当含尘气流接近滤料纤维时 较细尘粒随气流一起绕流 若尘粒半径 大于尘粒中心到纤维边缘的距离时 尘粒即因与纤维接触而被拦截 如图1 1 中 2 所示 d 扩散作用 在气体分子的撞击作用下 小于1l lm 的尘粒 特别是小于o 2um 的亚 微米级粒子可能会做布朗运动而脱离流线 如果在运动过程中和纤维接触 即可从气流 中分离出来 如图1 1 中 3 所示 这种作用即称为扩散作用 它随流速的降低 纤维和 粉尘直径的减小而增强 e 静电作用 当气流穿过时 许多纤维编织的滤料由于摩擦会产生静电现象 粉尘 在输送过程中也会由于摩擦和其他原因而带电 这样会在滤料和尘粒之间形成一个电位 差 当粉尘随着气流趋向滤料时 由于库仑力作用促使粉尘和滤料纤维碰撞并增强滤料 对粉尘的吸附力而被捕集 如图1 1 中 4 所示 称为静电作用 f 重力沉降作用 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 因重力作用而自然沉降下来 称为重力沉降作用 一般说来 各种除尘机理并不是同时有效 而是一种或几种联合起作用 而且 随 着滤料的空隙 气流流速 粉尘粒径以及其他因素的变化 各种机理对不同滤料的过滤 性能的影响也不同 几种因素的改变对各种效应的影响见表1 1 实际上 新滤料在开始 滤尘时除尘效率很低 使用一段时间后 粉尘会在滤布表面形成一层粉尘初层 由于粉 尘初层以及而后在其上逐渐堆积的粉尘层的滤尘作用 滤料的过滤效果不断提高 阻力 也相应增强 阻力增大到一定程度后就要对袋式除尘器进行清灰 但是在清灰时不能破 坏粉尘初层 否则除尘效率会下降 粉尘初层的结构对袋式除尘器的除尘效率 阻力和 清灰的效果起着非常重要的作用 3 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 表1 1 各种因素对捕集效应的影响 t a b l e1 1a l lt h ef a c t o ri m p a c to nc a t c h i n gd o m i n oa f f e c t 直接 截 惯性沉积 扩散沉积 重力沉积 静电沉积 1 3 袋式除尘器的清灰方式 清灰效果是决定袋式除尘器性能一个重要因素 根据清灰机理的不同 清灰方式大 致可分为机械振动和气流反吹两大类 机械振动清灰包括人工振动和机械振打 气流反 吹包括借助压缩空气的脉冲喷吹 回转反吹及气环反吹等 同时又有一些新的清灰方式 现出 例如利用弹振机理闭环清灰 l o 和利用声波辅助清灰 1 羽 1 3 1 振打方式清灰 振打清灰一般由机械装置振打或摇动悬吊滤袋的框架 如图1 2 所示 从而使滤袋 上粉尘产生振动而清落 机械振打的袋式除尘器主要是依靠振打系统传动清灰振打锤振 打框架而清灰例如电动清灰 就是利用振动器振打框架达到清灰的目的 最简单的振动 器是在电机的轴上安设一偏心块来产生振动 电动清灰时 带动悬吊架和滤袋做高频振 动 从而使粉尘脱落 这种利用高频振动与机械振打相比 滤袋承受的拉力小 因而滤 袋寿命长且清灰彻底 因电动器工作由时间断电器控制 其清灰时间和周期可调 所以 又具有一定的适应性 电动清灰袋式除尘器在邯郸水泥厂的水泥库顶使用效果良好 4 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 t耋譬 a b c 图1 2 机械振打清灰 f i g 1 2t h ec l e a n i n gd u s to fe n g i n es n a k e a 水平振打 b 垂直振打 c 快速振打 a l e v e ls n a k e b p l u m bs n a k e c f l e e t n e s ss n a k e 1 3 2 脉冲喷吹清灰 脉冲喷吹清灰的袋式除尘器具有清灰能力强 清灰效果好的特点 目前在铸造 工 业锅炉 建材 化工及粮食行业得到广泛的应用 根据其喷吹压力的不同 可分为高压脉冲和低压脉冲两类 高压脉冲采用空压机提 供气源 喷吹压力为0 4 0 7 m p a 低压脉冲采用低压气泵供气 压力为o 0 5 0 0 7 m p a 高压脉冲喷吹压力高 清厌能力强 清灰效果好 并可多台共用一压缩气源 但由 于采用高压压缩空气 喷吹压力高 影响布袋的使用寿命 压缩空气会出现水蒸气凝结 现象 致使粉尘结块 影响正常过滤 其气源配套设备较多 一次性投资较大 喷吹系 统复杂 易损件多 基于上述原因 高压脉冲有向低压脉冲发展的趋势 但是高压脉冲 仍有其适用的场合 其适用于处理风量大 粉尘浓度高的情况 并且多台设备共用一套 压缩系统 可降低运行成本 便于集中控制和管理 低压脉冲于高压脉冲的基础之上 增加了一个存气箱 由低压气源供气 一部分气 体存于存气箱内 喷吹阀固定在存气的底部 关阀时压住袋口 打开时存气箱的压气进 入布袋 起到清灰的作用 根据喷吹管的形式及位置差异可将袋式除尘器分为中心喷吹 和环隙喷吹 两者都是通过喷出的射流为一次气流 从室外引入二次气流 从而增加喷 吹的空气量 中心喷吹的喷嘴为回形 安装于袋筒的中央上方 而环隙喷吹主要构件为环隙引射 器 其上下体之间有 狭窄的环形缝隙 环形缝隙引射器喉部断面大 阻力小 提供相 同压力时 引射量较大 因而在除尘器的发展中 环隙喷吹将会有一席之地 该类除尘 5 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 器在有色金属 水泥和电站锅炉上应用较多 根据喷吹位置和方式的不同 脉冲清灰又可分为顺喷 对喷和侧喷三种方式 顺喷 式是指清灰气流和含尘气流的方向一致 为了使处理量大占地面积小而出现了一种对喷 式脉冲 此种除尘器在上箱体和净气联箱均安装喷吹管 喷吹时 上下喷吹管同时喷吹 气流相互冲撞产生压力余波 有利清灰 这样可以增加滤袋的有效长度 侧喷式其含尘 气流由中箱体的下部或灰斗处进入除尘器 经滤袋过滤后 由上箱体汇集 通过中箱体 侧壁上设置的引射器后排出 与一般脉冲除尘器的不同之处在于 将上箱体安排成两排 以上的滤袋分室 各室隔开 每一室中箱侧壁设一大喉管引射器 清灰时 压缩空气从 侧壁喷口喷出 诱导二次空气一起进入箱体 使滤袋产生与过滤相反的振动和反吹而清 灰由于侧面清灰各部分受力一致滤袋不会因为局部破损而废弃 同时由于侧喷的喷吹装 置在侧面 有利于方便快速的更换滤袋 脉冲阀工作状态是否良好直接影响袋式除尘器中的清灰效果 而且与除尘器的运行 阻力有密切的联系 在以往的脉冲喷吹系统中 大都采用直角脉冲阀 这种阀的压气进 入方向与射出方向成一直角故而得名 由于脉冲阀的结构复杂 压气通过时方向和速度 多次的改变 因而阻力较大 为了解决这个问题 符合进一步降低喷吹压力要求 出现 了直接嵌入气包的直通式脉冲测1 3 其工作原理与直角阀相同 但结构较简单 当膜片 打开时压气直接由气包进入喷吹管 为了进一步降低喷吹压力 出现了双扭形的出口脉冲阀 并在其上加设倒流锥 这 些措施大大降低喷吹压力 为高压喷吹向低压喷吹铺平了道路 近年出现了一种双膜片 阀 膜片分为控制膜片和主膜片 该阀具有动作快 不易损坏 性能稳定等特点 目前三种阀都在使用 由于直通阀和双膜片阀的各自优点 其广泛应用将会是一种 趋势 目前将考虑直通阀和双膜片阀相结合 综合两者的优点 1 4 彤 嚷糯 爹绝气 辫出釉 图1 3 脉冲清灰 f i g 1 3t h ec l e a n i n go fp u l s e j e t 6 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 1 3 3 反向气流清灰 在处理大气量时 往往都采用反吹风布袋除尘器而不采用脉冲喷吹 另外有一种特 殊的反吹形式 即气环反吹 气环反吹清灰是在内滤式圆筒形滤袋的外侧 贴近滤袋表 面设置一个中空的圆环 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 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沿导轨上下移动 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 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 雪c a r t e r d a y 公司推出r j 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 1 6 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 这样处理解决了内外圈滤袋清灰不均匀的问题 又克服了粉尘二次反滤 的问题 1 7 1 1 4 袋式除尘器清灰技术研究进展 1 4 1 袋式除尘技术的清灰机理 由于袋式除尘器的清灰过程复杂 发生的时间短 滤袋内流场分布的变化非常快 再加之受测量手段的限制 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 归纳起来主要有以下几种 1 4 1 1 反吹气流作用 js i e v e r t 和fl o e f f l e r 1 鄙采用实验设备 图1 4 和 图1 5 分别研究了反吹气流和加速 度作用对清灰效果的影响 7 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 压缩 l 气体 加速装置 图1 4 反吹气流清灰实验装置 图1 5 加速度清灰实验装置 f i g 1 4e x p e r i m e n t a ld e v i c eo fd i v e r s ef i g 1 5e 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 6 显示了反吹气流量与清灰效率的关系 从中可以看出 粘附在滤料表面的粉尘 在一定程度上 可通过反吹气流作用收到较好的除尘效果 对于弹性滤料 此时 反吹 气流量约须5 5 0 m 3 h m 2 为了了解反吹气流作用清灰所须的袋内静压 图1 7 显示了滤袋 两侧压差与清灰效率的关系 从中可以看出 当粉尘的面积密度超过4 0 0 m 2 时 利用 反吹气流作用 袋内较低的静压就可收到较好的清灰效果 d e n n i s 认为 清灰时反吹气 流的速度约为7 0 0 m h 而滤袋下部可达至i 2 0 0 0 m h 这就说明 特别是在滤袋下部 通 过反吹气流作用实现清灰是完全有可能的 另外一些科研研究也已表吲1 9 在远离喷射 入口的滤袋底部 由于滤袋所获的加速度远小于滤袋中部的值 因此不可能通过惯性作 用除去灰尘 所以在这部分区域 必然有另一种清灰机理在起作用 琶 僦 龉 凝 越 嚣 压差矗盼随 图1 6 反吹气流量与清灰效率关系 图1 7 清灰效率与滤袋压差关系 f i g 1 6t h er e l a t i o no fd i v e r s ef l o wd i s c h a r g e f i g 1 7t h er e l a t i o no fc l e a n i n ge f f i c i e n c ya n d c l e a n i n ge f f i c i e n c yp r e s s u r ed r o p 从图1 6 l g 可以看出 随着清灰前粘附粉尘面密度的增加 清灰效率在升高 这是因 一8 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 为 对于薄的粉尘层 气流量较小时 大部分反吹气流从粉尘之间的裂缝或空隙穿过 所以 要想获得较高的清灰效率则须较大的气流量 而对于较厚的粉尘层 粉尘层表面 基本上没有裂缝 所以相同的气流量 厚粉尘所受的力就大 清灰效率就高 实践中也 常常发现 清灰较厚的粉尘时 常有大片尘块从滤袋表面脱落 图1 8 清灰效率与加速度的关系 f i g 1 8t h er e l a t i o no fc l e a n i n ge f f i c i e n c ya n d a c c e l e r a t i o n 1 4 1 2 惯性作用 利用图1 5 的实验装置测得加速度与清厌效率的关系见图1 8 所示 从图中可以看到 清灰效率也与粘附的粉尘面密度有关 对于较厚的粉尘层 较小的加速度就能获得较好 的清灰效果 这是因为 粉尘所获的惯性力不仅与粉尘的加速度有关 而且与粉尘的质 量有关 从图中也知 对于弹性滤料 要想获得较好的清灰效果 则加速度约须3 5 9 但是 当清灰效率达到一定值以后 再增加加速度 清灰效率基本上保持不变 清灰效 率始终达不到1 0 0 1 4 1 3 弹性作用 从图1 9 可以看出 当惯性起主要清灰作用时 滤料的弹性对清灰效果的影响是很明 显的 9 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 图1 9 惯性作用清灰时 滤料弹性对清灰效果的影响 f i 9 1 9t h ee f f l u e n c eo ff a b r i cf i l t e re l a s t a n e 萎 涎 甏 凝 糕 壤 菠吹气凝黜尉 爵 m 2 图1 1 0 反吹作用清灰时 滤料弹性对清灰效果的影响 f i 9 1 1 0t h ee f f l u e n c eo ff a b r i cf i l t e re l a s t a n e o nd u s tc l e a n i n gw i t hi n t e r a n c eo nd u s tc l e a n i n gw i t hr e v e r s ef l o w 对比图1 8 和图1 1 0 也可见当反吹气流起主要清灰作用时 滤料的弹性对清灰效 果也有影响 对于非弹性滤料 要想获得和弹性滤料相同的清灰效果 需要远大于弹性 滤料的加速度和反吹气流量 这是因为 由于滤料的弹性 可获得额外的张力和挤压力 使粉尘层与滤料的界面之间形成裂缝 因此 滤料的弹性作用也是一种重要的清灰机理 国内外学者在研究中认为 脉冲喷吹清灰袋式除尘器清灰时 清灰气流在使滤袋膨 胀变形的同时也穿过袋壁和粉尘层 关于这两者对清灰所起的作用 m j e l l e n b e e k e r 和d l ei t h l 2 0 l 通过研究指出 逆向清灰气流要吹掉沉积在滤袋上的粉尘 其速度必须比 过滤气流高得多 f l o u f f e r 2 l 曾测得 在大多数情况下 将尘粒从滤袋上吹落的气流速 度至少要达到1 0 2 0 s 而e l l e n b e e k e r h 和l e i t h 在实验室测得的脉冲喷吹时的逆向气流 速度仅为 3 5 1 0 之m s d e n n i s 平l w i l d e r 曾在脉冲喷吹试验中采用保持脉冲气压不变以 使逆气流大小不变 通过增减滤袋和龙骨之间的空隙来测定清灰效果 其结果是 滤袋 的变形被限制后 清灰后的剩余压差增大了 这表明清灰效果变差 杨复沫 2 2 通过实验 手段初步验证了可以用滤袋在脉冲喷吹时获得的最大反向加速度来评价清灰能力 并得 到了工程技术界的认可 目前对于粉尘层的粘附与剥离 2 3 2 7 1 也有少量研究 袋式除尘器的清灰影响参数研究 式除尘器的关键在于清灰 清灰效果决定了袋式除尘器的性能 分析清灰的影响 助于提高清灰效率 1 0 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 脉冲阀是脉冲清狄系统中最重要元件 脉冲阀性能影响脉冲气流曲线 因此对脉冲 阀的研究显得尤为重要 对于脉冲阀喷吹过程气量与时间的曲线 不少学者和生产厂家 做了大量的模拟和实验 图1 1 l 2 8 1 为国外某脉冲阀公司针对脉冲阀喷吹过程的模拟及测 量结果 图1 1 1 中左图为模拟的脉冲阀门的质量流量与时间的曲线 右图为实际测量的 脉冲阀门的质量流量与时间的曲线 图1 1 1 脉冲阀门的流量曲线模拟和测量值 f i g 1 11t h es i m u l a t i o na n dm e a s u r ev a l u eo f t h ef l u xo ft h ep u l s ev a l v e 姬忠礼等建立刚性陶瓷过滤得清灰平衡方程 2 9 1 并通过大量实验对脉冲清灰气流曲 线进行描述 讨论清灰过程的诸多因素 对清灰