袋式除塵器脈沖清灰性能研究-潔華 王北平、顧利定-2010年8月23日

1、袋式除塵器脈沖清灰性能研究時(shí)間：2010年8月23日 字體：大 中 小王北平 顧利定（浙江潔華環(huán)保科技股份有限公司）摘要 本文在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上分析論證了脈沖閥、氣包容積、氣包壓力以及脈沖時(shí)間對(duì)脈沖噴吹清灰的影響關(guān)系，并闡明了脈沖時(shí)間的選擇范圍，對(duì)工程設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞 脈沖清灰 性能 研究1 前言袋式除塵器主要由殼體、濾袋、清灰機(jī)構(gòu)和輸灰系統(tǒng)組成。清灰系統(tǒng)的好壞直接關(guān)系到除塵器能否高效、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。近年來，不少科研單位，大專院校發(fā)表了很多有關(guān)脈沖袋式除塵器及其清灰方面的研究論文，開展了計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬計(jì)算，提出了不少觀點(diǎn)，對(duì)脈沖袋式除塵器清灰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)幫助很大。但是在工程實(shí)際應(yīng)用中

2、脈沖袋式除塵器也出現(xiàn)了諸多問題，有的清灰效果不良，濾袋阻力大；有的清灰強(qiáng)度過大，損傷濾袋；有的清灰強(qiáng)度不勻均，影響清灰效果。人們開始探索脈沖清灰中各相關(guān)因素的影響關(guān)系。為此我們建立了脈沖噴吹試驗(yàn)臺(tái)。2 研究?jī)?nèi)容在袋式除塵器運(yùn)行過程中，其主要的運(yùn)作過程是“過濾清灰過濾”的循環(huán)過程，可見要保證袋式除塵器的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，清灰過程至關(guān)重要，清灰的好壞直接關(guān)系到濾料的再生能力。袋式除塵器的清灰方式主要有氣體回轉(zhuǎn)反吹、機(jī)器震打、氣體脈沖等幾種，氣體脈沖又是袋式除塵器中一種常見的清灰方式。在一個(gè)噴吹管直徑、文氏管構(gòu)造、噴吹孔徑及孔數(shù)、濾袋長(zhǎng)度和直徑、噴嘴到花板距離已定的脈沖噴吹機(jī)構(gòu)中，氣包壓力、脈沖時(shí)間

3、、脈沖閥類型、氣包容積、脈沖周期就成為影響脈沖噴吹袋式除塵器清灰性能好壞的主要因素。而上述幾種因素綜合起來就是反映了不同的噴吹氣量，不同的噴吹氣量決定了濾袋袋內(nèi)噴吹壓力和袋壁反向加速度的大小，也就決定了脈沖清灰力度的大小。但并不能單單用噴吹氣量大小這個(gè)因素來衡量噴吹效果的好壞。在工程實(shí)際應(yīng)用中影響噴吹效果好壞的應(yīng)該是單位時(shí)間噴吹氣量，其主要受氣包壓力、脈沖時(shí)間等幾個(gè)因素的綜合影響。單位時(shí)間噴吹氣量就是指在一個(gè)氣脈沖時(shí)間內(nèi)脈沖閥所噴吹出來的氣體量。脈沖閥的噴吹氣體量主要通過測(cè)量氣包噴吹前后的壓力和根據(jù)脈沖氣體管道的全壓、靜壓和動(dòng)壓的關(guān)系來得出動(dòng)壓，而動(dòng)壓又是速度的表征量，進(jìn)而根據(jù)速度得出氣體流量

4、。對(duì)比這兩種方法，根據(jù)氣包噴吹前后的壓力關(guān)系得出的氣包耗氣量較后者得出的準(zhǔn)確。本實(shí)驗(yàn)在每次噴吹前就已經(jīng)截?cái)鄽獍墓夤艿?，因而根?jù)噴吹前后氣包壓力的值可以準(zhǔn)確的得出氣包耗氣量，這個(gè)耗氣量就是脈沖閥的噴吹氣體量。2.1 確定影響噴吹氣量的影響因素本實(shí)驗(yàn)用正交實(shí)驗(yàn)法來安排試驗(yàn)，試驗(yàn)中正交影響因素有以下四種：A ：不同廠家的脈沖閥；B ：不同大小的氣包容積；C ：不同大小的氣包壓力；D ：不同長(zhǎng)短的脈沖時(shí)間。而每種因素又有不同的水平：A ：不同廠家的脈沖閥（3淹沒式閥、3淹沒式閥）；B ：不同大小的氣包容積（650L、1000L）；C ：不同大小的氣包壓力（0.2MPa、0.3 MPa、0.4 MP

5、a、0.5 MPa）；D ：不同長(zhǎng)短的脈沖時(shí)間（60ms、80ms、100ms、120ms）。從而這個(gè)試驗(yàn)是一個(gè)四因素不同水平的正交試驗(yàn)。根據(jù)上述關(guān)系作出因素水平表格（表-1）。表-1因 素水 平A、不同廠家的脈沖閥3淹沒式閥3淹沒式閥B、不同大小的氣包容積650L1000LC、不同大小的氣包壓力0.2MPa0.3MPa0.4MPa0.5MPaD、不同長(zhǎng)短的脈沖時(shí)間60ms80ms100ms120ms根據(jù)上面的因素和水平選取合適的正交表格L16(42×29)，這是一個(gè)有4水平和2水平混合組成的正交表格（表-2）。表-2因素次序CDAB評(píng)價(jià)指標(biāo)單位時(shí)間氣包耗氣量（m³/s）氣

6、包耗氣量（m³）氣脈沖時(shí)間（ms）10.2MPa60ms3淹沒式閥650L0.421122.3333.43820.2MPa80ms3淹沒式閥650L0.483130.3333.70930.2MPa100ms3淹沒式閥1000L0.668195.0003.42740.2MPa120ms3淹沒式閥1000L0.711205.0003.46950.3MPa60ms3淹沒式閥1000L0.530102.0005.19160.3MPa80ms3淹沒式閥1000L0.615126.0004.88070.3MPa100ms3淹沒式閥650L0.788206.0003.82880.3MPa120ms

7、3淹沒式閥650L0.836223.0003.74990.4MPa60ms3淹沒式閥650L0.844190.0004.443100.4MPa80ms3淹沒式閥650L0.902200.0004.508110.4MPa100ms3淹沒式閥1000L0.796150.0005.305120.4MPa120ms3淹沒式閥1000L0.890165.0005.396130.5MPa60ms3淹沒式閥1000L1.017170.0005.981140.5MPa80ms3淹沒式閥1000L1.093190.0005.755150.5MPa100ms3淹沒式閥650L0.972158.0006.15216

8、0.5MPa120ms3淹沒式閥650L1.056185.0005.7103.510754.763254.9726254.44212574.9414.412104.713004.3950004.9255504.913004.678005.899504.58100R2.388750.182250.5776250.483375從上述分析中可以看出，其中氣包壓力是對(duì)噴吹耗氣量影響最大的因素，而脈沖時(shí)間是影響最小的一個(gè)因素。對(duì)噴吹氣量的影響的大小順序是CABD。2.2 相同氣包壓力不同脈沖時(shí)間對(duì)噴吹氣量的影響 在工程實(shí)際應(yīng)用中，通常調(diào)節(jié)脈沖氣壓和脈沖時(shí)間來選擇合適的清灰力度。一般來說，脈沖氣壓大于3k

9、g/cm2稱為高壓脈沖，小于3kg/cm2稱為低壓脈沖。脈沖氣壓的選擇通常與物料性質(zhì)、過濾風(fēng)速、過濾濃度和濾料材質(zhì)等因素有關(guān)。而脈沖時(shí)間的選擇相對(duì)來說比較靈活，一般可在60150ms之間來選擇。下面就談?wù)勗谙嗤}沖壓力下不同脈沖時(shí)間對(duì)噴吹氣量的影響。以閥為例，穩(wěn)定氣包壓力在0.2Mpa，調(diào)節(jié)不同的脈沖時(shí)間進(jìn)行噴吹試驗(yàn)，測(cè)得的數(shù)據(jù)如下（表-3）。表-3脈沖時(shí)間（ms）噴吹前氣包壓力（kPa）噴吹后氣包壓力（kPa）氣包耗氣量（m³）氣脈沖時(shí)間（ms）20200.770178.6970.29270.33340200.770173.4230.36099.33360200.770168.65

10、00.421122.33380200.560163.4530.483130.333100200.630159.5400.533154.667120200.560155.0530.587183.667140200.557151.3500.632214.000160200.770146.4600.693223.000180200.770143.4470.729242.000200200.770139.8870.771254.333     噴吹前氣包壓力相差不大，則可以近似的把噴吹前壓力統(tǒng)一成200.77kPa。根據(jù)上述表格作出不同脈沖時(shí)間下噴吹過后的氣包壓力曲線圖（

11、圖1），氣包耗氣量曲線圖（圖2）。              從圖1可以看出，在不同的脈沖時(shí)間下（20t200），脈沖噴吹后氣包內(nèi)的壓力可以近似的看做一條直線，這條直線可以表示成P后Ptan（）×t脈沖，其中的tan（）和P跟氣包容積、脈沖閥類型、氣包壓力有關(guān)。上面試驗(yàn)中tan（）-0.21561，P183.009，將數(shù)值帶入方程可得P后183.0090.21561×t脈沖。根據(jù)方程可以算出不同脈沖時(shí)間噴吹后的氣包壓力。再通過氣包耗氣量計(jì)算公式Q（P1P2

12、）V/1000P0，可得出不同脈沖時(shí)間下的氣包耗氣量，也就是單閥單次在該脈沖時(shí)間下的噴吹氣量。式中：Q 耗氣量 L/次；P1 噴吹前氣包壓力Pa；P2 噴吹后氣包壓力Pa；V 氣包容積m3；P0 當(dāng)?shù)卮髿鈮篜a2.3 對(duì)兩種不同的脈沖閥在同一壓力不同脈沖時(shí)間下的對(duì)比根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在同一坐標(biāo)系中作出二個(gè)閥在0.2MPa脈沖壓力下，不同脈沖時(shí)間噴吹后的氣包壓力曲線圖（圖3）。    對(duì)比兩條曲線可以看出，兩條曲線仍然可近似的表示成兩條直線P后Ptan（）×t脈沖，而兩條直線的tan（）也近似的相等，所不同的是P的不同。P的不同主要是由于氣脈沖時(shí)間不同，閥噴吹

13、后的氣包壓力明顯小于閥，噴吹后氣包壓力小，則可以說明氣包耗氣量上相對(duì)較高，這主要是初始P的影響。不能武斷的用氣包耗氣量的大小來衡量閥的好壞，而應(yīng)該拿他們的單位時(shí)間的氣包耗氣量來衡量閥的噴吹氣量的優(yōu)劣。根據(jù)氣脈沖時(shí)間得出兩種閥的單位時(shí)間的氣包耗氣量曲線圖（圖4）。       從圖4可以知道，并不是脈沖時(shí)間越大越好，當(dāng)脈沖時(shí)間在80ms左右的時(shí)候，脈沖閥單位時(shí)間噴吹量達(dá)到一個(gè)拐點(diǎn)，也就是出現(xiàn)一個(gè)峰值，而后隨著脈沖時(shí)間的增加，閥的噴吹氣量增加了，但閥的單位時(shí)間噴吹氣量反而減小了，從一個(gè)角度說明并不是脈沖時(shí)間越長(zhǎng)越好。脈沖時(shí)間的增加有雙重效

14、果，第一，閥的噴吹氣量增加了；第二，閥的氣脈沖時(shí)間也隨之增加。噴吹氣量的增加是一個(gè)線型增加，而氣脈沖時(shí)間的增加則不是一個(gè)線型增加的過程，從而最終導(dǎo)致閥的單位時(shí)間的噴吹氣量先增大再減小的一個(gè)過程。但從圖4知道在10ms左右的單位時(shí)間噴吹氣量要大于80ms左右的峰值單位噴吹氣量，為什么一般不選用10ms進(jìn)行噴吹呢？這就得從濾袋袋內(nèi)噴吹壓力和袋壁反向加速度曲線圖上找答案。    根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在同一坐標(biāo)系中作出20ms、80ms和200ms三種脈沖時(shí)間在0.2MPa脈沖壓力下的濾袋袋底加速度曲線圖（圖5）。從圖5可以知道，在很短的脈沖時(shí)間內(nèi)濾袋還沒有來得及出現(xiàn)最大反向加

15、速度峰值時(shí)噴吹就已經(jīng)結(jié)束。再從閥的角度進(jìn)行分析可知，在10ms的脈沖時(shí)間內(nèi)，閥的膜片還沒有達(dá)到最大開度就已經(jīng)收到電磁閥關(guān)閉的信號(hào)，從而膜片進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)。況且在小于20ms的時(shí)候噴吹氣量是呈現(xiàn)一個(gè)指數(shù)關(guān)系，這時(shí)氣脈沖時(shí)間還處于一個(gè)很小的值。這兩方面綜合影響從而導(dǎo)致單位時(shí)間噴吹氣量的值大于80ms左右的峰值，這樣的脈沖時(shí)間不能作為脈沖清灰的指標(biāo)時(shí)間。從加速度曲線圖上可以看出，70120ms左右是最佳脈沖時(shí)間。再由圖可知，三條曲線之間相差不大，這就反過來驗(yàn)證了我們?cè)谡辉囼?yàn)中得出的結(jié)論，即脈沖時(shí)間對(duì)脈沖噴吹的影響是最小的一個(gè)因素。但可以看出80ms脈沖時(shí)間下的袋底加速度要稍稍大于其他兩種的加速度，三

16、種脈沖時(shí)間下的袋底加速度最大值見表-4。表-4脈沖時(shí)間(ms)濾袋底部最大反向加速度值(g)最大反向加速度值出現(xiàn)時(shí)間(ms)最大反向加速度值結(jié)束時(shí)間(ms)20-5.937012080-7.1870120200-5.3570120從表-4我們可以看出，單位時(shí)間噴吹量大的80ms脈沖時(shí)間的袋底反向加速度要比其他兩種脈沖時(shí)間得出的要大，最大反向加速度值出現(xiàn)時(shí)間在70ms，結(jié)束時(shí)間在120ms左右，這說明70120ms脈沖時(shí)間是閥在0.2MPa脈沖壓力下最佳脈沖時(shí)間。再來看看濾袋內(nèi)噴吹壓力情況。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)作出脈沖壓力為0.2MPa、脈沖時(shí)間為100ms的濾袋袋底壓力曲線圖（圖6）。從圖6可以看出，

17、在50ms以前袋內(nèi)壓力基本為零，在80150ms內(nèi)袋底壓力為最大，壓力峰值出現(xiàn)在110ms左右。這也與上述袋壁加速度的分析是一致的。    在除塵器設(shè)計(jì)中我們應(yīng)該要滿足噴吹氣量是所噴吹濾袋處理風(fēng)量的23倍，這樣脈沖噴吹才能滿足清灰強(qiáng)度的要求。實(shí)際上脈沖氣體通過噴吹管從噴口以高壓高速的形式噴向?yàn)V袋，并且在噴吹過程中誘導(dǎo)數(shù)倍的氣體噴向?yàn)V袋，迫使濾袋產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波，以清除濾袋上的塵餅。上述是我們選擇最佳脈沖時(shí)間的前提。            3 分析總結(jié)    濾袋袋內(nèi)噴吹壓力和袋壁反向加速度是影響脈沖清灰力度的重要因素，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中不能想得到高的氣體噴吹量而選擇高的脈沖時(shí)間，而