脉冲式布袋除尘器的过滤与清灰

张家飞，徐兆春

(马钢股份公司第一钢轧总厂 安徽马鞍山 243000)

脉冲式布袋除尘器的过滤与清灰

张家飞，徐兆春

(马钢股份公司第一钢轧总厂 安徽马鞍山 243000)

过滤与清灰技术是布袋除尘器设计的核心内容。内容包括：脉冲式布袋除尘器过滤和清灰的普遍工作机理。

过滤；清灰；脉冲阀

脉冲喷吹式布袋除尘器常用的滤料有：丙纶(PP)﹑涤纶(PE)﹑聚苯硫醚(PPS)﹑玻璃纤维﹑特富龙(Teflon)及其ePTFE覆膜滤料等。针对脉冲喷吹清灰能力强的特性，脉冲喷吹式布袋除尘器一般选用针刺毡类的滤料。针刺毡类滤料具有容尘量大过滤效果好的特点，立体式表面结构相对于编织型滤料更有利于粉尘层的形成，并且价格便宜，这些优点使针刺毡类滤料在除尘中得到了广泛的应用。

图1 滤料过滤机理示意图(左图为针刺毡类；右图为编织类)

图1展示两种不同结构滤料的过滤机理。通过比较可以看出，针刺毡类滤料由于独特的纤维组成方式使其在保证高透气率的同时具有着更高的容尘能力。所以，以针刺毡形式编织的滤袋过滤速度比较高(一般1 m/min-2 m/min)。透气特性﹑阻力特性﹑强力特性等参数是滤料选择的重要依据。滤袋的使用寿命一般在2-3年，也有些情况下可达5至6年，但是大多数情况下只使用1到1.5年。对于大型除尘器换袋的费用很高，如150×104m3/h的除尘器，换一次袋需要600万-800万元，同时换袋还可能影响生产。[1]涤纶针刺毡(PE)化学性能稳定并且价格实惠，在烟气工况温度130 ℃内表现出良好的工作性能。钢铁冶金行业大多数的布袋除尘器采用这类滤料。

1 原理

当含尘气体通过滤袋时，大部分粉尘颗粒被截留在滤料表面。随着时间的变化滤料表面形成一层粉尘层。在过滤过程中粉尘层起到了积极的作用。粉尘层使微小颗粒受到阻拦被截留，从而提高了滤料的过滤效率。随着滤袋表面粉尘层变厚，运行阻力也变得越来越大。

图2 布袋除尘器运行阻力时间变化曲线图

图2展示了布袋除尘器阻力-时间变化曲线图。通过图2可看出，阻力值随著时间上升，当阻力值到达设定上限值时，喷吹系统开始清灰，这样就完成了一个过滤周期。压缩空气在极短的时间(8 ms-14 ms)内冲击布袋，滤料发生变形使吸附在布袋表面的粉尘层发生强烈振动而脱落，以达到良好的清灰效果。从图中可以看出，如果运行工况稳定且清灰条件良好的话，每次清灰后阻力值的连线是收敛的。反之，如果清灰力度不够或由于粉尘性质发生变化导致滤料无法正常工作(比如讲，烟气湿度太大导致滤孔堵塞等原因)时，滤料的过滤效果会变得越来越差，清灰后的阻力值呈上升趋势。

2 脉冲阀

如何合理的设计清灰系统是脉冲喷吹式布袋除尘器能否高效运行的关键。随着脉冲阀设计的改进，清灰喷吹能力也得到了很大提高。应用在布袋除尘器脉冲喷吹系统上脉冲阀主要有直通式﹑直角式和淹没式三种(见图3)。

图3 脉冲阀(GOYAN)

直通式脉冲阀一般用在气箱反吹布袋除尘器上。直角式和淹没式脉冲阀则大量应用在长袋脉冲喷吹式除尘器上。喷吹清灰能力的提高使长布袋(6 m)的应用成为可能。同时，一个喷吹阀对应的布袋数最多可达到18个，这样大大缩小除尘器的体积，降低了造价。为了满足布袋除尘器用脉冲阀价格低﹑性能稳定﹑易安装维护等需求，国外一些公司(比如：美国世格ASCO)还开发了活塞式的脉冲阀。图4展示了活塞式脉冲阀的工作原理。活塞式脉冲阀的阀体结构相比传统膜片式设计方式气流阻力值更小，气流出口处设计成文式管形式，起到了气流加速的作用，加强了喷吹力度。实验室数据显示，活塞式脉冲阀在测试中比传统式脉冲阀表现出了更好的效果。在国内市场使用在长袋脉冲式布袋除尘器上的脉冲阀类型还是以淹没式和直角式类型为主。

图4 活塞式脉冲阀工作示意图

3 系统的分析及总结

清灰时，打开脉冲阀进行喷吹，滤袋发生膨胀变化，从上往下，逐渐到滤袋的极限。当滤袋底部也有气流通过并开始膨胀时，整个滤袋此时依旧全部发生膨胀，就像一个倒过来的圆台，并不是只有一个压力气泡从上往下依次在滤袋内通过[2]。把握好喷吹气流的动态物理特性是合理设计喷吹系统的基础。

图5 滤袋上部测试点清灰时内外压差时间变化曲线[3]

图5展示了喷吹清灰时滤袋上部测试点内外压差时间变化曲线。可以看出，高速喷吹气流先产生一个正压区，接着的二次诱导气流会产生一个负压区，然后压力差值逐渐恢复到平衡状态。如何设定压缩气体喷吹压力和喷吹时间跨度以及喷吹管的结构形式是研究人员关注的问题。

袋式除尘器由于材质的特性，可以视为一种柔性介质，通过惯性力作用和反吹气流作用可以使滤袋及粉尘层为达到清灰。脉冲阀打开，滤袋发生膨胀，在这个过程中，脉冲阀发出的脉冲气流的动能将转变为滤袋及粉尘层的惯性能以及吹扫消耗能，如果袋式除尘器中的滤袋弹性比较弱，整个清灰过程中起主导作用的就是脉冲气流，要靠比较高的脉冲压力和比较大的脉冲气流才可吹动粉尘层，实现该种滤袋的清灰；如果袋式除尘器中的滤袋弹性比较大，那么整个清灰过程中起主导作用的将是惯性能，一般来说，提供比较低的脉冲压力和比较小的脉冲气流就可以实现该种滤袋的清灰。

在反吹清灰系统中，有两个衡量请灰效率的特性参数，即反向气流的压力峰值和反向气流的压力上升速度；通常来说，控制者两个参数，就可实现对清灰效率的提升，但在某些条件下，例如过滤的介质其阻力系数比较大，利用气流质量流量的峰值和气流质量流量的上升速度来衡量清灰效率具有相同的意义，控制好了可以达到同样的效果。

脉冲阀的特性各有不同﹑喷吹管的管头结构以及其布置位置和方向﹑气流管道的长度等对脉冲气流的曲线影响都比较大，其中脉冲阀的不同，其响应时间也不一样，直接影响到脉冲气流的压力上升速度；喷吹管管头上的喷嘴直径﹑喷嘴高度通过实验和计算求得一个最佳值，这将直接影响到脉冲气流；脉冲气流道的长度越长，将会降低脉冲气流压力的上升速度，脉冲气流的宽度也会随之变大。[4]另外，外界其他因素也会对清灰产生一些影响，在设计时需要全面的考虑及处理，处理好这些问题，通过合理的计算和设计，可以达到完美的脉冲气流曲线，使清灰效率及效果实现最佳。

[1] 孙熙，柳静默.袋式除尘器滤料检测[C].东北大学学术论文，2010

[2] 肖宝恒.浅谈脉冲袋式除尘器的两大功能：过滤与清灰[C].中国环境科学学会2006年学术年会优秀论文集(下卷)，2006.7

[3] 李然然.脉冲袋式除尘器清灰过程优化研究[D].北京科技大学学位论文，2006

[4] 杜柳柳，沈恒银，娄可宾.袋式除尘器清灰过程的研究进展及分析探讨[J].建筑热能通风空调，2007.5

Filtration and Dust out of the Bag-Type Dust Remover by a Pulse

ZHANG Jia-fei，XU ZHAO-chun

The core of the cloth pocket dust catcher is technology of filtration and dust out. The content include the ordinary mechanism about the filtration and dust out of the cloth pocket dust catcher by a pulse.

filtration；dust out；pulse-valve

2013-10-10

张家飞(1981-)，男，马钢股份公司第一钢轧总厂，工程技术人员。

TF805.3

B

1672-9994(2014)01-0011-03